鋰電參數(shù)與計算公式合集

常用鋰電參數(shù)與計算公式合集電極材料理論容量，即假定材料中鋰離子全部參與電化學反應所能夠提供的容量，其值通過下式計算：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積，其值為96485.3383±0.0083C/mol-1與元電荷e=1.602176×10-19C的故而，主流的材料理論容量計算公式如下: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如果鋰離子全部脫出，其理論克容量274mAh/g.摩爾質(zhì)量97.8698g/mol，石墨負極中，鋰嵌入量最大時，形成鋰碳層間化合物，化學式LiC6，即6個碳原子結合一個Li。6個C摩爾質(zhì)量為72.066g/mol，石墨的最大理論容量為：對于硅負極，由5Si+22Li++22e-?Li22Si5可知，5個硅的摩爾質(zhì)量為140.430g/mol，5個硅原子結合22個Li，則硅負極的理論容量為：這些計算值是理論的克容量，為保證材料結構可逆，實際鋰離子脫嵌系數(shù)小于1，實際的材料的克容量為：材料實際克容量=鋰離子脫嵌系數(shù)×理論容量電池設計容量=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，面密度是一個關鍵的設計參數(shù)，主要在涂布和輥壓工序控制。壓實密度不變時，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。比負極活性物質(zhì)克容量×負極面密度×負極活性物含量比（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計，主要為了防止負極析鋰，設計時要考慮工序能力，如涂布偏差。但是，N/P過大時，電池不可逆容量損失，導致電池容量偏低，電池能量密度也會降低。而對于鈦酸鋰負極，采用正極過量設計，電池容量由鈦酸鋰負極的容量確定。正極過量設計有利于提升電池的高溫性能：高溫氣體主要來源于負極，在正極過量設計時，負極電位較低，更易于在鈦酸鋰表面形成SEI膜。在生產(chǎn)過程中，電池極片的涂層壓實密度計算公式：而考慮到極片輥壓時，金屬箔材存在延展，輥壓后涂層的面密度通過下式計算：涂層由活物質(zhì)相、碳膠相和孔隙組成，孔隙率計算公式：其中，涂層的平均密度為：首效=首次放電容量/首次充電容量日常生產(chǎn)中，一般是先化成再進行分容，化成充入一部分電，分容補充電后再放電，故而：首效=分容第一次放電容量/（化成充入容量+分容補充電容量）體積能量密度(Wh/L)=電池容量(mAh)×3.6(V)/（厚度(cm)*寬度(cm)*長度(cm)）質(zhì)量能量密度(Wh/KG)=電池容量(mAh)×3.6(V)/電池重量參數(shù)詳解能量密度（Wh/L&Wh/kg）單位體積或單位質(zhì)量電池釋放的能量，如果是單位體積，即體積能量密度（Wh/L），很多地方直接簡稱為能量密度；如果是單位質(zhì)量，就是質(zhì)量能量密度（Wh/kg），很多地方也叫比能量。如一節(jié)鋰電池重300g，額定電壓為3.7V，容量為10Ah，則其比能量為123Wh/kg。根據(jù)2016年發(fā)布的如上圖所示，到2020年，純電動汽車電池單體比能量要達到350Wh/kg。功率密度（）將能量除以時間，便得到功率，單位為W或。同樣道理，功率密度是指單位質(zhì)量（有些地方也直接叫比功率）或單位體積電池輸出的功率，單位為W/kg或W/L。比功率是評價電池是否滿足電動汽車加速性能的重要指標。比能量和比功率究竟有什么區(qū)別？舉個形象的例子：比能量高的動力電池就像龜兔賽跑里的烏龜，耐力好，可以長時間工作，保證汽車續(xù)航里程長。比功率高的動力電池就像龜兔賽跑里的兔子，速度快，可以提供很高的瞬間電流，保證汽車加速性能好。電池放電倍率（）放電倍率是指在規(guī)定時間內(nèi)放出其額定容量（）時所需要的電流值，它在數(shù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)。即充放電電流（A/額定容量（Ah），其單位一般為C(C-rate的簡寫，如0.5C，1C，5C等。舉個例子，對于容量為24Ah電池來說：用48A放電，其放電倍率為2C，反過來講，2C放電，放電電流為48A0.5小時放電完畢;用12A充電，其充電倍率為0.5C0.5C充電，充電電流為12A2小時充電完畢;電池的充放電倍率，決定了我們可以以多快的速度，將一定的能量存儲到電池里面，或者以多快的速度，將電池里面的能量釋放出來。荷電狀態(tài)（），全稱是StateofCharge，荷電狀態(tài)，也叫剩余電量，代表的是電池放電后剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值。其取值范圍為0~1，當SOC=0時表示電池放電完全，當SOC=1時表示電池完全充滿。電池管理系統(tǒng)（BMS）就是主要通過管理SOC并進行估算來保證電池高效的工作，所以它是電池管理的核心。目前SOC估算主要有開路電壓法、安時計量法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、卡爾曼濾波法等，我們以后再詳細解讀。內(nèi)阻內(nèi)阻是指電池在工作時，電流流過電池內(nèi)部受到的阻力。包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，其中：歐姆內(nèi)阻包括電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的電阻；極化內(nèi)阻包括電化學極化電阻和濃差極化電阻。用數(shù)據(jù)說話，下圖表示一電池放電曲線，X軸表示放電量，Y軸表示電池開路電壓，電池理想放電狀態(tài)為黑色曲線，紅色曲線是考慮到電池內(nèi)阻時的真實狀態(tài)。圖示：Qmax為電池最大化學容量；Quse為電池實際容量；Rbat表示電池的內(nèi)阻；EDV為放電終止電壓；I為放電電流。從圖中可以看出，電池實際容量Quse<電池理論上的最大化學容量Qmax。由于電阻的存在，電池的實際容量會降低。我們也可以看到，電池實際容量Quse取決于兩個因素：放電電流I與電池內(nèi)阻R的乘積，以及放電終止電壓EDV是多少。需要指出的是電池內(nèi)阻Rbat會隨著電池的使用而逐漸增大。內(nèi)阻的單位一般是毫歐姆(mΩ)，內(nèi)阻大的電池，在充放電的時候，內(nèi)部功耗大，發(fā)熱嚴重，會造成電池的加速老化和壽命衰減，同時也會限制大倍率的充放電應用。所以，內(nèi)阻做的越小，電池的壽命和倍率性能就會越好。通常電池內(nèi)阻的測量方法有交流和直流測試法。電池自放電指在開路靜置過程中電壓下降的現(xiàn)象，又稱電池的荷電保持能一般而言，電池自放電主要受制造工藝、材料、儲存條件的影響?？梢曰謴停蝗萘繐p失不可逆，表示容量不能恢復。材料等）以及化學原因（電極在電解液中的不穩(wěn)定性，內(nèi)部發(fā)生化學反應，活性物質(zhì)被消耗等），電池自放電將直接降低電池的容量和儲存性能。電池的壽命分為循環(huán)壽命和日歷壽命兩個參數(shù)。循環(huán)壽命指的是電池可以循環(huán)充放電的次到80%時所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)。日歷壽命是指電池在使用環(huán)境條件下，經(jīng)過特定的使用工況，達到壽命終止條件(容量衰減到80%)的時間跨度。日歷壽命與具體的使用要求緊密結合的，通常需要規(guī)定具體的使用工況，環(huán)境條件，存儲間隔等。循環(huán)壽命是一個理論上的參數(shù)，而日歷壽命更具有實際意義。但日歷壽命的測算復雜，耗時長，所以一般電池廠家只給出循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)。不一樣，如上圖數(shù)據(jù)，以25%-75%充放電的壽命可以達到2500次，即我們所說的電池淺充淺放。電池壽命這個話題我們以后還會深入討論。電池組的一致性容量、內(nèi)阻、壽命等性能有很大的差別，在電動汽車上使用時，性能指標往往達不到單體電池的原有水平。單體電池在制造出來后，由于工藝的問題，導致內(nèi)部結構和材質(zhì)不完全一致，本身存在一定性能差異。環(huán)境對于各單體電池也不盡相同，導致各單體電池狀態(tài)產(chǎn)生更大的差異，在使用過程中逐步放大，從而在某些情況下使某些單體電池性能加速衰減，并最終引發(fā)電池組過早失效。需要指出的是，動力電池組的性能決定于電池單體的性能，但絕不是單體電池性能的簡單累加。由于單體電池性能不一