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续航锂电常用参数与计算公式、中英对照


来源 |锂电前沿
（1）电极材料的理论容量
电极材料理论容量 ， 即假定材料中锂离子全部参与电化学反应所能够提供的容量 ， 其值通过下式计算：
其中 ， 法拉第常数(F)代表每摩尔电子所携带的电荷 ， 单位C/mol ， 它是阿伏伽德罗数NA=6.02214 ×1023mol-1与元电荷e=1.602176 × 10-19 C的积 ， 其值为96485.3383±0.0083 C/mol
故而 ， 主流的材料理论容量计算公式如下:
LiFePO4摩尔质量157.756 g/mol ， 其理论容量为：
同理可得：三元材料NCM(1:1:1)(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 ) 摩尔质量为96.461g/mol ， 其理论容量为278 mAh/g,LiCoO2摩尔质量97.8698 g/mol ， 如果锂离子全部脱出 ， 其理论克容量274 mAh/g.
石墨负极中 ， 锂嵌入量最大时 ， 形成锂碳层间化合物 ， 化学式LiC6 ， 即6个碳原子结合一个Li 。 6个C摩尔质量为72.066 g/mol ， 石墨的最大理论容量为：
对于硅负极 ， 由5Si+22Li++22e- ? Li22Si5 可知 ，5个硅的摩尔质量为140.430 g/mol ， 5个硅原子结合22个Li ， 则硅负极的理论容量为：
这些计算值是理论的克容量 ， 为保证材料结构可逆 ， 实际锂离子脱嵌系数小于1 ， 实际的材料的克容量为：材料实际克容量=锂离子脱嵌系数 × 理论容量
（2）电池设计容量
电池设计容量=涂层面密度×活物质比例×活物质克容量×极片涂层面积
其中 ， 面密度是一个关键的设计参数 ， 主要在涂布和辊压工序控制 。 压实密度不变时 ， 涂层面密度增加意味着极片厚度增加 ， 电子传输距离增大 ， 电子电阻增加 ， 但是增加程度有限 。 厚极片中 ， 锂离子在电解液中的迁移阻抗增加是影响倍率特性的主要原因 ， 考虑到孔隙率和孔隙的曲折连同 ， 离子在孔隙内的迁移距离比极片厚度多出很多倍 。
（3）N/P比
负极活性物质克容量×负极面密度×负极活性物含量比÷（正极活性物质克容量×正极面密度×正极活性物含量比）
石墨负极类电池N/P要大于1.0 ， 一般1.04~1.20 ， 这主要是出于安全设计 ， 主要为了防止负极析锂 ， 设计时要考虑工序能力 ， 如涂布偏差 。 但是 ， N/P过大时 ， 电池不可逆容量损失 ， 导致电池容量偏低 ， 电池能量密度也会降低 。
而对于钛酸锂负极 ， 采用正极过量设计 ， 电池容量由钛酸锂负极的容量确定 。 正极过量设计有利于提升电池的高温性能：高温气体主要来源于负极 ， 在正极过量设计时 ， 负极电位较低 ， 更易于在钛酸锂表面形成SEI膜 。
（4）涂层的压实密度及孔隙率
在生产过程中 ， 电池极片的涂层压实密度计算公式：
而考虑到极片辊压时 ， 金属箔材存在延展 ， 辊压后涂层的面密度通过下式计算：
涂层由活物质相、碳胶相和孔隙组成 ， 孔隙率计算公式：
其中 ， 涂层的平均密度为：
【续航锂电常用参数与计算公式、中英对照】（5）首效
首效=首次放电容量/首次充电容量
日常生产中 ， 一般是先化成再进行分容 ， 化成充入一部分电 ， 分容补充电后再放电 ， 故而：
首效=分容第一次放电容量/（化成充入容量+分容补充电容量）
（6）能量密度
体积能量密度(Wh/L)=电池容量(mAh)×3.6(V)/（厚度(cm)*宽度(cm)*长度(cm)）
质量能量密度(Wh/KG)=电池容量(mAh)×3.6(V)/电池重量
续航锂电常用参数与计算公式、中英对照
本文插图

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参数详解
能量密度（Wh/L&Wh/kg）
单位体积或单位质量电池释放的能量 ， 如果是单位体积 ， 即体积能量密度（Wh/L） ， 很多地方直接简称为能量密度；如果是单位质量 ， 就是质量能量密度（Wh/kg） ， 很多地方也叫比能量 。 如一节锂电池重300g ， 额定电压为3.7V ， 容量为10Ah ， 则其比能量为123Wh/kg 。


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