常用的锂电参数与计算公式介绍
来源：宝鄂实业
2019-11-04 19:23
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一、电极资料的理论容量
电极资料理论容量，即假定资料中锂离子悉数参与电化学反应所可以提供的容量，其值通过下式计算：
其间，法拉第常数(F)代表每摩尔电子所带着的电荷，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，主流的资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：三元资料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，假如锂离子悉数脱出，其理论克容量274 mAh/g.
石墨负极中，锂嵌入量最大时，构成锂碳层间化合物，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：
常用的锂电参数与计算公式
关于硅负极，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，为确保资料结构可逆，实践锂离子脱嵌系数小于1，实践的资料的克容量为：资料实践克容量=锂离子脱嵌系数 × 理论容量
二、电池规划容量
电池规划容量=涂层面密度×活物质比例×活物质克容量×极片涂层面积
其间，面密度是一个关键的规划参数，首要在涂布和辊压工序操控。压实密度不变时，涂层面密度添加意味着极片厚度添加，电子传输距离增大，电子电阻添加，但是添加程度有限。厚极片中，锂离子在电解液中的迁移阻抗添加是影响倍率特性的首要原因，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许多倍。
三、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，这首要是出于安全规划，首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，电池不可逆容量丢失，导致电池容量偏低，电池能量密度也会下降。
而关于钛酸锂负极，选用正极过量规划，电池容量由钛酸锂负极的容量确认。正极过量规划有利于进步电池的高温功用：高温气体首要来源于负极，在正极过量规划时，负极电位较低，更易于在钛酸锂外表构成SEI膜。
四、涂层的压实密度及孔隙率
在出产进程中，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：
其间，涂层的平均密度为：
五、首效
首效=初次放电容量/初次充电容量
日常出产中，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=分容第一次放电容量/（化成充入容量+分容补充电容量）
六、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
常用锂电术语中英对照
合浆 mixing
涂布 coating
辊压分切 rolling slitting
点焊 spotwelding
激光切 laser cutting
卷绕 winding
组装 assembly package
激光焊 laser welding
烘烤 baking
注液 injection
高温老化 higt temp-baking
化成 formation
二次注液 2rd injection
分容 grading
静置 static
IR、OCV测验 IR/OCV test
容量密度 capacity density
能量密度 energy desity
功率密度 power density
开路电压 open Circuit Voltage
标称电压 nominal voltage
额外容量 nominal capacity
实践容量 pratical capacity
放电速率 discharge rate
放电深度 depth of discharge
参数详解
能量密度（Wh/L&Wh/kg）
单位体积或单位质量电池开释的能量，假如是单位体积，即体积能量密度（Wh/L），许多地方直接简称为能量密度；假如是单位质量，便是质量能量密度（Wh/kg），许多地方也叫比能量。如一节锂电池重300g，额外电压为3.7V，容量为10Ah，则其比能量为123Wh/kg。
根据2016年发布的“节能与新能源汽车技术，可以大概对动力电池发展趋势有一个概念，如上图所示，到2020年，纯电动汽车电池单体比能量要到达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。同样道理，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意电动汽车加快功用的重要目标。
比能量和比功率究竟有什么区别？
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，可以长期作业，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，可以提供很高的瞬间电流，确保汽车加快功用好。
电池放电倍率（C）
放电倍率是指在规则时间内放出其额外容量（Q）时所需求的电流值，它在数值上等于电池额外容量的倍数。即充放电电流（A）/额外容量（Ah），其单位一般为C(C-rate的简写)，如0.5C，1C，5C等。
举个例子，关于容量为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，0.5小时放电结束;
用12A充电，其充电倍率为0.5C，反过来讲，0.5C充电，充电电流为12A，2小时充电结束;
电池的充放电倍率，决议了咱们可以以多快的速度，将必定的能量存储到电池里面，或许以多快的速度，将电池里面的能量开释出来。
荷电状况（%）
SOC，全称是StateofCharge，荷电状况，也叫剩下电量，代表的是电池放电后剩下容量与其彻底充电状况的容量的比值。
其取值范围为0~1，当SOC=0时表明电池放电彻底，当SOC=1时表明电池彻底充溢。电池办理体系（BMS）便是首要通过办理SOC并进行预算来确保电池高效的作业，所以它是电池办理的核心。
现在SOC预算首要有开路电压法、安时计量法、人工神经网络法、卡尔曼滤波法等，咱们以后再详细解读。
内阻
内阻是指电池在作业时，电流流过电池内部遭到的阻力。
包含欧姆内阻和极化内阻，其间：欧姆内阻包含电极资料、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。
因为电阻的存在，电池的实践容量会下降。咱们也可以看到，电池实践容量Quse取决于两个因素：
放电电流 I 与电池内阻 R 的乘积，以及放电停止电压EDV是多少。
需求指出的是电池内阻Rbat会跟着电池的运用而逐渐增大。
内阻的单位一般是毫欧姆(mΩ)，内阻大的电池，在充放电的时分，内部功耗大，发热严峻，会构成电池的加快老化和寿数衰减，同时也会限制大倍率的充放电应用。所以，内阻做的越小，电池的寿数和倍率功用就会越好。通常电池内阻的测量方法有沟通和直流测验法。
电池自放电
指在开路静置进程中电压下降的现象，又称电池的荷电坚持能
一般来说，电池自放电首要受制作工艺、资料、贮存条件的影响。
自放电依照容量丢失后是否可逆划分为两种：容量丢失可逆，指通过再次充电进程容量可以康复；容量丢失不可逆，表明容量不能康复。
现在对电池自放电原因研讨理论比较多，总结起来分为物理原因（存储环境，制作工艺，资料等）以及化学原因（电极在电解液中的不稳定性，内部发作化学反应，活性物质被消耗等），电池自放电将直接下降电池的容量和贮存功用。
电池的寿数
分为循环寿数和日历寿数两个参数。循环寿数指的是电池可以循环充放电的次数。即在理想的温湿度下，以额外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。
日历寿数是指电池在运用环境条件下，通过特定的运用工况，到达寿数停止条件(容量衰减到80%)的时间跨度。日历寿数与详细的运用要求紧密结合的，通常需求规则详细的运用工况，环境条件，存储距离等。
循环寿数是一个理论上的参数，而日历寿数更具有实践意义。但日历寿数的测算复杂，耗时长，所以一般电池厂家只给出循环寿数的数据。
电池组的共同性
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、寿数等功用有很大的不同，在电动汽车上运用时，功用目标往往达不到单体电池的原有水平。
单体电池在制作出来后，因为工艺的问题，导致内部结构和材质不彻底共同，本身存在必定功用差异。
初始的不共同跟着电池在运用进程中连续的充放电循环而累计，再加上电池组内的运用环境关于各单体电池也不尽相同，导致各单体电池状况产生更大的差异，在运用进程中逐渐扩大，从而在某些情况下使某些单体电池功用加快衰减，并终究引发电池组过早失效。
需求指出的是，动力电池组的功用决议于电池单体的功用，但绝不是单体电池功用的简单累加。因为单体电池功用不共同的存在，使得动力电池组在电动汽车上进行重复运用时，产生各种问题而导致寿数缩短。
除了要求在出产和配组进程中，严格操控工艺和尽量坚持单体电池的共同性外，现在职业普遍选用带有均衡功用的电池办理体系来操控电池组内电池的共同性，以延长产品的运用寿数。
化成
电池制成后，需求对电芯进行小电流充电，将其内部正负极物质激活，在负极外表构成一层钝化层——SEI（solidelectrolyteinterface）膜，使电池功用愈加稳定，电池通过化成后才能体现其真实的功用，这一进程称为化成。
化成进程中的分选进程可以进步电池组的共同性，使终究电池组的功用进步，化成容量是筛选合格电池的重要目标。下图为SEI膜，像不像黑色的玫瑰花。
