常见锂电参数和计算公式

常见锂电参数和计算公式 　　、中英对照 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加电化学反应所能够提供的容量，其值经过下式计算：　　其中，法拉第常数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=×1023mol-1和元电荷e=×10-19c的积，其值为±/mol故而，主流的材料理论容量计算公式以下:LiFePo4摩尔质量/mol，其理论容量为：　　同理可得：三元材料Ncm摩尔质量为/mol，其理论容量为278mAh/g,Licoo2摩尔质量/mol，假如锂离子全部脱出，其理论克容量274mAh/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Li6个c摩尔质量为/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/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，为确保材料结构可逆，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×活物质百分比×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，关键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，不过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征的关键原因，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，通常~，这关键是出于安全设计，关键为了预防负极析锂，设计时要考虑工序能力，如涂布偏差不过，N/P过大时，电池不可逆容量损失，造成电池容量偏低，电池能量密度也会降低　　而对于钛酸锂负极，采取正极过量设计，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：高温气体关键于负极，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经过下式计算：　　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：　　5 首效首效=首次放电容量/首次充电容量日常生产中，通常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=电池容量×/ 厚度*宽度*长度　　质量能量密度=电池容量×/电池重量常见锂电术语中英对照合浆mixing涂布coating辊压分切rollingslitting点焊spotwelding激光切lasercutting卷绕winding组装assemblypackage激光焊laserwelding烘烤baking注液injection高温老化higttemp-baking化成formation二次注液2rdinjection分容grading静置staticIR、ocV测试IR/ocVtest容量密度capacitydensity能量密度energydesity功率密度powerdensity开路电压opencircuitVoltage标称电压nominalvoltage额定容量nominalcapacity实际容量praticalcapacity放电速率dischargerate放电深度depthofdischarge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，假如是单位体积，即体积能量密度 wh/L ，很多地方直接简称为能量密度；　　假如是单位质量，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，容量为10Ah，则其比能量为123wh/kg　　依据2021年公布的“节能和新能源汽车技术，能够大约对动力电池发展趋势有一个概念，如上图所表示，到2021年，纯电动汽车电池单体比能量要达成350wh/kg　　功率密度 w/L&w/kg  将能量除以时间，便得到功率，单位为w或kw一样道理，功率密度是指单位质量 有些地方也直接叫比功率 或单位体积电池输出的功率，单位为w/kg或w/L比功率是评价电池是否满足电动汽车加速性能的主要指标　　比能量和比功率到底有什么区分？举个形象的例子：比能量高的动力电池就像龟兔赛跑里的乌龟，耐力好，能够长时间工作，确保汽车续航里程长　　比功率高的动力电池就像龟兔赛跑里的兔子，速度快，能够提供很高的瞬间电流，确保汽车加速性能好　　电池放电倍率 c　　放电倍率是指在要求时间内放出其额定容量 Q 时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数即充放电电流 A /额定容量 Ah ，其单位通常为c，如，1c，5c等　　举个例子，对于容量为24Ah电池来说：　　用48A放电，其放电倍率为2c，反过来讲，2c放电，放电电流为48A，小时放电完成;用12A充电，其充电倍率为，反过来讲，充电，充电电流为12A，2小时充电完成;电池的充放电倍率，决定了我们能够以多快的速度，将一定的能量存放到电池里面，或以多快的速度，将电池里面的能量释放出来。

　　荷电状态 %　　Soc，全称是Stateofcharge，荷电状态，也叫剩下电量，代表的是电池放电后剩下容量和其完全充电状态的容量的比值　　其取值范围为0~1，当Soc=0时表示电池放电完全，当Soc=1时表示电池完全充满电池管理系统 BmS 就是关键经过管理Soc并进行估算来确保电池高效的工作，因此它是电池管理的关键　　现在Soc估算关键有开路电压法、安时计量法、人工神经网络法、卡尔曼滤波法等，我们以后再具体解读　　内阻 内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部受到的阻力　　包含欧姆内阻和极化内阻，其中：欧姆内阻包含电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的电阻；　　极化内阻包含电化学极化电阻和浓差极化电阻　　用数听说话，下图表示一电池放电曲线，X轴表示放电量，y轴表示电池开路电压，电池理想放电状态为黑色曲线，红色曲线是考虑到电池内阻时的真实状态　　图示：Qmax为电池最大化学容量；　　Quse为电池实际容量；　　Rbat表示电池的内阻；　　EDV为放电终止电压；　　I为放电电流　　从图中能够看出，电池实际容量Quse<电池理论上的最大化学容量Qmax　　因为电阻的存在，电池的实际容量会降低。

我们也能够看到，电池实际容量Quse取决于两个原因：　　放电电流I和电池内阻R的乘积，和放电终止电压EDV是多少　　需要指出的是电池内阻Rbat会伴随电池的使用而逐步增大　　内阻的单位通常是毫欧姆，内阻大的电池，在充放电的时候，内部功耗大，发烧严重，会造成电池的加速老化和寿命衰减，同时也会限制大倍率的充放电应用因此，内阻做的越小，电池的寿命和倍率性能就会越好通常电池内阻的测量方法有交流和直流测试法　　电池自放电 指在开路静置过程中电压下降的现象，又称电池的荷电保持能通常而言，电池自放电关键受制造工艺、材料、储存条件的影响　　自放电根据容量损失后是否可逆划分为两种：容量损失可逆，指经过再次充电过程容量能够恢复；　　容量损失不可逆，表示容量不能恢复　　现在对电池自放电原因研究理论比较多，总结起来分为物理原因 存放环境，制造工艺，材料等 和化学原因 电极在电解液中的不稳定性，内部发生化学反应，活性物质被消耗等 ，电池自放电将直接降低电池的容量和储存性能　　电池的寿命分为循环寿命和日历寿命两个参数循环寿命指的是电池能够循环充放电的次数即在理想的温湿度下，以额定的充放电电流进行充放电，计算电池容量衰减到80%时所经历的循环次数。

　　日历寿命是指电池在使用环境条件下，经过特定的使用工况，达成寿命终止条件的时间跨度日历寿命和详细的使用要求紧密结合的，通常需要要求详细的使用工况，环境条件，存放间隔等　　循环寿命是一个理论上的参数，而日历寿命更含有实际意义但日历寿命的测算复杂，耗时长，因此通常电池厂家只给出循环寿命的数据　　上图为某三元锂电池的充放电特征图，能够看出，不一样的充放电方法对电池的寿命影响不一样，如上图数据，以25%-75%充放电的寿命能够达成2500次，即我们所说的电池浅充浅放电池寿命这个话题我们以后还会深入讨论　　电池组的一致性这个参数比较有意思，即使是同一规格型号的电池单体在成组后，电池组在电压、容量、内阻、寿命等性能有很大的差异，在电动汽车上使用时，性能指标往往达不到单体电池的原有水平　　单体电池在制造出来后，因为工艺的问题，造成内部结构和材质不完全一致，本身存在一定性能差异　　初始的不一致伴随电池在使用过程中连续的充放电循环而累计，再加上电池组内的使用环境对于各单体电池也不尽相同，造成各单体电池状态产生更大的差异，在使用过程中逐步放大，从而在一些情况下使一些单体电池性能加速衰减，并最终引发电池组过早失效。

　　需要指出的是，动力电池组的性能决定于电池单体的性能，但绝不是单体电池性能的简单累加因为单体电池性能不一致的存在，使得动力电池组在电动汽车上进行重复使用时，产生多种问题而造成寿命缩短　　除了要求在生产和配组过程中，严格控制工艺和尽可能保持单体电池的一致性外，现在行业普遍采取带有均衡功效的电池管理系统来控制电池组内电池的一致性，以延长产品的使用寿命　　化成电池制成后，需要对电芯进行小电流充电，将其内部正负极物质激活，在负极表面形成一层钝化层——SEI solidelectrolyteinterface 膜，使电池性能愈加稳定，电池经过化成后才能表现其真实的性能，这一过程称为化成　　化成过程中的分选过程能够提升电池组的一致性，使最终电池组的性能提升，化成容量是筛选合格电池的主要指标下图为SEI膜，像不像黑色的玫瑰花。