常用鋰離子電池參數(shù)與計(jì)算公式

(1)電極材料的理論容量

電極材料理論容量，即假定材料中鋰離子全部參與電化學(xué)反應(yīng)所能夠提供的容量，其值通過下式計(jì)算：

其中，法拉第常數(shù)(F)代表每摩爾電子所攜帶的電荷，單位C/mol，它是阿伏伽德羅數(shù)NA=6.02214×1023mol-1與元電荷e=1.602176×10-19C的積，其值為96485.3383±0.0083C/mol

故而，主流的材料理論容量計(jì)算公式如下:

LiFePO4摩爾質(zhì)量157.756g/mol，其理論容量為：

同理可得：三元材料NCM(1:1:1)(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)摩爾質(zhì)量為96.461g/mol，其理論容量為278mAh/g,LiCoO2摩爾質(zhì)量97.8698g/mol，如果鋰離子全部脫出，其理論克容量274mAh/g.

石墨負(fù)極中，鋰嵌入量最大時(shí)，形成鋰碳層間化合物，化學(xué)式LiC6，即6個(gè)碳原子結(jié)合一個(gè)Li。6個(gè)C摩爾質(zhì)量為72.066g/mol，石墨的最大理論容量為：

對(duì)于硅負(fù)極，由5Si+22Li++22e-?Li22Si5可知，5個(gè)硅的摩爾質(zhì)量為140.430g/mol，5個(gè)硅原子結(jié)合22個(gè)Li，則硅負(fù)極的理論容量為：

這些計(jì)算值是理論的克容量，為保證材料結(jié)構(gòu)可逆，實(shí)際鋰離子脫嵌系數(shù)小于1，實(shí)際的材料的克容量為：材料實(shí)際克容量=鋰離子脫嵌系數(shù)×理論容量

(2)電池設(shè)計(jì)容量

電池設(shè)計(jì)容量=涂層面密度×活物質(zhì)比例×活物質(zhì)克容量×極片涂層面積

其中，面密度是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù)，主要在涂布和輥壓工序控制。壓實(shí)密度不變時(shí)，涂層面密度增加意味著極片厚度增加，電子傳輸距離增大，電子電阻增加，但是增加程度有限。厚極片中，鋰離子在電解液中的遷移阻抗增加是影響倍率特性的主要原因，考慮到孔隙率和孔隙的曲折連同，離子在孔隙內(nèi)的遷移距離比極片厚度多出很多倍。

(3)N/P比

負(fù)極活性物質(zhì)克容量×負(fù)極面密度×負(fù)極活性物含量比÷(正極活性物質(zhì)克容量×正極面密度×正極活性物含量比)

石墨負(fù)極類電池N/P要大于1.0，一般1.04~1.20，這主要是出于安全設(shè)計(jì)，主要為了防止負(fù)極析鋰，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮工序能力，如涂布偏差。但是，N/P過大時(shí)，電池不可逆容量損失，導(dǎo)致電池容量偏低，電池能量密度也會(huì)降低。

而對(duì)于鈦酸鋰負(fù)極，采用正極過量設(shè)計(jì)，電池容量由鈦酸鋰負(fù)極的容量確定。正極過量設(shè)計(jì)有利于提升電池的高溫性能：高溫氣體主要來源于負(fù)極，在正極過量設(shè)計(jì)時(shí)，負(fù)極電位較低，更易于在鈦酸鋰表面形成SEI膜。

(4)涂層的壓實(shí)密度及孔隙率

在生產(chǎn)過程中，電池極片的涂層壓實(shí)密度計(jì)算公式：

而考慮到極片輥壓時(shí)，金屬箔材存在延展，輥壓后涂層的面密度通過下式計(jì)算：

涂層由活物質(zhì)相、碳膠相和孔隙組成，孔隙率計(jì)算公式：

其中，涂層的平均密度為：

(5)首效

首效=首次放電容量/首次充電容量

日常生產(chǎn)中，一般是先化成再進(jìn)行分容，化成充入一部分電，分容補(bǔ)充電后再放電，故而：

首效=分容第一次放電容量/(化成充入容量+分容補(bǔ)充電容量)

(6)能量密度

體積能量密度(Wh/L)=電池容量(mAh)×3.6(V)/(厚度(cm)*寬度(cm)*長(zhǎng)度(cm))

質(zhì)量能量密度(Wh/KG)=電池容量(mAh)×3.6(V)/電池重量