锂电池组计算 计算｜常用锂电参数计算公式

计算｜常用锂电参数计算公式

来源：江子才

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：

（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=（化成充入容量+分容补充电容量）/分容第一次放电容量

（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

来源：江子才

锂电池的常见参数（二）

3.内阻： 电池内阻由极板的电阻和离子流的阻抗决定，在充放过程中极板的电阻是不变的，但离子流的阻抗随着电解液的浓度和带电离子的增减而变化，当带电池电压降低时，阻抗会增大；所以一般电池内阻取标称电压时候的电池内阻。电池内阻越小放电能力越强。

4.充放电倍率： “C”是形容电池充放电电流大小的专用符号。1C放电就代表1小时内把电池从满电放到空的电流大小。某电池容量为2200mAh，那么这颗电池的1C放电电流就是2.2A；一个电池如果用高倍率放电通常放出的能量比低倍率少。

5.循环寿命： 一般锂电池循环寿命是300-500次，根据不同材料的锂电池充放电次数从300-3000次不等。按厂家规定的充放电倍率（比如0.5C充放电，每次从0%充放到100%，照此循环）下，500次循环后，电池容量还剩最初的80%。可使用的充电次数和使用习惯有比较大的关系。

6.自放电率： K值是用于描述电芯自放电速率的物理量，其计算方法分为两次测试的开路电压差除以两次电压的测试的时间间隔，公式为0CV2-0CV1/▲T；K值的单位是mV/h，常规电芯K值在0.03~0.15mV/h。

7.一致性： 锂电池的一致性是指锂电池各类参数间的差异，锂电池组符合木桶原理，最差那个电池的性能决定整个电池组的性能；差异越小，电池组越能发挥出所有电芯的性能，反之，差异越大，性能会下降。

关于锂电池的常见参数，上期和下期就给大家分别从容量、电压、内阻、充放电倍率、 循环寿命、自放电率、一致性这几个方面讲解了，那么我们对于锂电池的电芯知识部分也就结束了，之后有知识点再补充。在后几期的内容里小蒲会围绕锂电池的保护板给大家分享一些干货。

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