常用锂电池参数、设计、计算公式及应用解析VIP免费

1 常 用 锂 电 池 参 数 、设计、计算公式及应用 解析 一、锂电池设计及计算公式 （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。 2 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 和 P 比: 3 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 ...