锂电池各类参数计算：理论容量、压实密度、NP、能量密度。。。

（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：

（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

压实密度对锂电池性能的影响分析

研究发现，除了锂离子电池电极活性物质的固有属性，电极的微观结构对电池的能量密度和电化学性能也有十分重大的影响。在未经碾压的电极中，仅有50%的空间被活性物质所占据，提高压实密度，可以有效的提高电极的体积能量密度和重量能量密度。

目前，影响正极极片压实密度的因素主要有以下四点：

（1）材料真密度；

（2）材料形貌；

（3）材料粒度分布；

（4）极片工艺；

通过优化这些影响因素，便可以通过提高压实密度进而提高能量密度。

（2）材料形貌

（1）材料的真密度

目前商业化正极材料的真密度：钴酸锂>三元材料>锰酸锂>磷酸铁锂，这和压实密度规律一致，材料的真密度对压实密度的影响是无法改变的。

几种商业正极材料的真密度和压实密度范围

注：不同组分三元材料真密度不同，本表所选NCM111

目前钴酸锂压实密度和真密度的差值已经小于1.0g·cm-3，若三元材料也达到这个数值，那压实密度可达到3.8g·cm-3，目前提高压实密度的方法主要从材料形貌、材料粒度分布、极片工艺三方面入手。

（2）材料形貌

目前商业化的钴酸锂是一次颗粒，单晶很大，三元材料则为细小单晶的二次团聚体，如图所示，几百纳米的一次颗粒团聚成三元材料二次球，本身就有很多空隙；而制备成极片后，球和球之间也会有大量的空隙，以上原因使三元材料的压实密度进一步降低。

（a）钴酸锂；（b）三元材料

如果将三元材料的形貌制备成和钴酸锂类似的大单晶 则可有效提高其压实密度（3.8g·cm-3以上），但目前工艺还不成熟，产品容量和首放效率都比常规产品低。

（3）材料粒度分布

三元材料的粒度分布对其压实密度产生影响的原因和三元材料的球形形貌有关，等径球在堆积时，球体和球体之间会有大量的空隙，若没有合适的小粒径来填补这些空隙，堆积密度就会很低，所以合适的粒度分布能提高材料的压实密度。

（a）常见粒度分布的正极材料制备成极片SEM图（b）两种粒度分布的产品混合后的正极材料极片SEM图

优化三元材料粒度分布可提高其压实密度， D50接近的材料，若D10、D90、 Dmin、Dmax有差别，也会造成压实密度不同。粒度分布太窄或粒度分布太宽都会使材料压实密度降低，对于粒度分布的影响，有的电池厂家会对正极材料生产商提出要求，而有的电池厂家则通过混合不同粒度分布的产品来达到提高压实密度的目的。

（4）极片工艺

极片的面密度，黏结剂和导电剂的用量都会影响压实密度， 导电剂和黏结剂的真密度非常低，加入量越多则极片压实密度越低。

因此，极片制作时使用导电性好的导电剂以降低导电剂用量；另外，调浆过程高速分散，使导电剂和黏结剂均匀分散等也可提高压实密度。

【知识链接】三元材料极片过压有什么影响？

造成三元材料极片过压的原因有两种，一种是电池厂家为了追求电池的高能量密度导致极片过压；另一种是材料厂家制程控制不严格，使不同批次三元材料的压实密度不一致，而电池厂家未分析材料的具体情况，按照常规工艺参数制备极片时将极片过压。

过压后的极片SEM图

极片过压会造成电池容量降低，循环恶化，内阻增加等问题。首先，极片过压会使球形三元材料大面积破碎，新产生的表面有很多脱离了二次球的一次小颗粒，它们要么因为没有接触到PVDF而从极片上掉落，要么因为没有接触到导电剂而使极片导电性能局部恶化。

新表面的产生也使比表面增大，与电解液的接触面增大，副反应增加，从而造成电池性能降低，如电池气胀、循环衰减等。过压还会造成铝箔变形，极片脆片，容易折断，电池内阻增加。

另外，过压的极片中，材料颗粒之间的挤压程度过大，造成极片孔隙率低，极片吸收电解液的量也会降低，电解液难以渗透到极片内部，直接的后果就是材料的比容量发挥变差。保液能力差的电池，循环过程中极化很大，衰减很快，内阻增加明显。

极片是否过压可以通过观察极片是否脆片、做电镜查看材料是否被破碎、估算极片孔隙率等方法来判断。其中极片孔隙率是判断极片吸液量、吸液速率的一项重要指标，对电池性能产生直接影响。

极片孔隙率是指极片辊压后内部孔隙的体积占辊压后极片总体积的百分率。极片孔隙率过低会降低电解液量对极片浸润速率，影响电池性能发挥，过高会降低电池能量密度，浪费有效空间。因此，不能为了追求能量密度而过度提高压实密度！

来源：材料匠

相关问答

总结的很好,赞一个压实密度还有一个粉体压实密度,

1.三元锂电:用镍钴锰酸锂做正极材料的锂电池俗称三元材料锂电池,它价格比钴酸锂便宜,耐压略高一点,平均电压略低,克容量略高一点但压实比低一点,同型号的电...

同等规格的箔材,孔隙率17%的铜箔与铝箔,重量减少17%;同等面密度,正负极压实提高(部分材料填充进入孔隙间)。2、有效提升新能源锂电池倍率性能;铝箔与铜箔...

磷款汽算际龙见酸铁锂电池是用来做锂离来自子二次电池的,循环寿命达到2000次以上,比锰酸锂电池长很多。2、磷酸铁锂电池在600°高温下仍然稳定,锰酸锂电池要差...

适当的正极压实密度可以提高电池的放电容量,降低内阻,减少极化损耗,延长电池的循环寿命,提高锂离子电池的利用率。压实密度过大或过小都不利于锂离子的嵌入和...

应该只有一个平台的,较平较长的平台,如果需要我可以发个Land数据给你的参考的,开路电压一般在3.0-3.5V之间,3.1左右曲线应该类似这样捕获.PNG,钴...

960化工网化工问答问答详情锂电池负极加多sp怎么办?网友1最佳答案回答者:网友...电池控制导电剂的量,是受成本、极片压实设计这些因素的影响。对于实验室来讲...

通常辊压压实比计算公式有如下几个:压实密度=敷料重量/对辊后的敷料体积。最简单的算法是面密度/对辊厚度。在锂离子电池设计过程中,压实密度=面密度/(极片...

提高对锂电池容量有贡献的材料的性能:这里主要就是对正负极活性物质而言,是提高容量密度最为直接的方法。主要的方向包括:1、使用发挥更大的材料:例如正极的...

[回答]压实也是锰酸锂的一大缺陷吧。。。不然为什么要用在动力电池上呢?对于材料的结构相信楼上的老兄已经讲得很明白了,在制程的时候需控制好你的压实比,...