常用的鋰電參數(shù)與計算公式介紹
來源：寶鄂實業(yè)
2019-11-04 19:23
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一、電極資料的理論容量
電極資料理論容量，即假定資料中鋰離子悉數(shù)參與電化學(xué)反應(yīng)所可以提供的容量，其值通過下式計算：
其間，法拉第常數(shù)(F)代表每摩爾電子所帶著的電荷，單位C/mol，它是阿伏伽德羅數(shù)NA=6.02214 ×1023mol-1與元電荷e=1.602176 × 10-19 C的積，其值為96485.3383±0.0083 C/mol
故而，主流的資料理論容量計算公式如下:
LiFePO4摩爾質(zhì)量157.756 g/mol，其理論容量為：
同理可得：三元資料NCM(1:1:1)(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 ) 摩爾質(zhì)量為96.461g/mol，其理論容量為278 mAh/g,LiCoO2摩爾質(zhì)量97.8698 g/mol，假如鋰離子悉數(shù)脫出，其理論克容量274 mAh/g.
石墨負(fù)極中，鋰嵌入量最大時，構(gòu)成鋰碳層間化合物，化學(xué)式LiC6，即6個碳原子結(jié)合一個Li。6個C摩爾質(zhì)量為72.066 g/mol，石墨的最大理論容量為：
常用的鋰電參數(shù)與計算公式
關(guān)于硅負(fù)極，由5Si+22Li++22e- ↔ Li22Si5 可知， 5個硅的摩爾質(zhì)量為140.430 g/mol，5個硅原子結(jié)合22個Li，則硅負(fù)極的理論容量為：
這些計算值是理論的克容量，為確保資料結(jié)構(gòu)可逆，實踐鋰離子脫嵌系數(shù)小于1，實踐的資料的克容量為：資料實踐克容量=鋰離子脫嵌系數(shù) × 理論容量
二、電池規(guī)劃容量
電池規(guī)劃容量=涂層面密度×活物質(zhì)比例×活物質(zhì)克容量×極片涂層面積
其間，面密度是一個關(guān)鍵的規(guī)劃參數(shù)，首要在涂布和輥壓工序操控。壓實密度不變時，涂層面密度添加意味著極片厚度添加，電子傳輸距離增大，電子電阻添加，但是添加程度有限。厚極片中，鋰離子在電解液中的遷移阻抗添加是影響倍率特性的首要原因，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許多倍。
三、N/P比
負(fù)極活性物質(zhì)克容量×負(fù)極面密度×負(fù)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(fù)極類電池N/P要大于1.0，一般1.04~1.20，這首要是出于安全規(guī)劃，首要為了防止負(fù)極析鋰，設(shè)計時要考慮工序能力，如涂布偏差。但是，N/P過大時，電池不可逆容量丟失，導(dǎo)致電池容量偏低，電池能量密度也會下降。
而關(guān)于鈦酸鋰負(fù)極，選用正極過量規(guī)劃，電池容量由鈦酸鋰負(fù)極的容量確認(rèn)。正極過量規(guī)劃有利于進(jìn)步電池的高溫功用：高溫氣體首要來源于負(fù)極，在正極過量規(guī)劃時，負(fù)極電位較低，更易于在鈦酸鋰外表構(gòu)成SEI膜。
四、涂層的壓實密度及孔隙率
在出產(chǎn)進(jìn)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：
其間，涂層的平均密度為：
五、首效
首效=初次放電容量/初次充電容量
日常出產(chǎn)中，一般是先化成再進(jìn)行分容，化成充入一部分電，分容補(bǔ)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(bǔ)充電容量）
六、能量密度
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
常用鋰電術(shù)語中英對照
合漿 mixing
涂布 coating
輥壓分切 rolling slitting
點焊 spotwelding
激光切 laser cutting
卷繞 winding
組裝 assembly package
激光焊 laser welding
烘烤 baking
注液 injection
高溫老化 higt temp-baking
化成 formation
二次注液 2rd injection
分容 grading
靜置 static
IR、OCV測驗 IR/OCV test
容量密度 capacity density
能量密度 energy desity
功率密度 power density
開路電壓 open Circuit Voltage
標(biāo)稱電壓 nominal voltage
額外容量 nominal capacity
實踐容量 pratical capacity
放電速率 discharge rate
放電深度 depth of discharge
參數(shù)詳解
能量密度（Wh/L&Wh/kg）
單位體積或單位質(zhì)量電池開釋的能量，假如是單位體積，即體積能量密度（Wh/L），許多地方直接簡稱為能量密度；假如是單位質(zhì)量，便是質(zhì)量能量密度（Wh/kg），許多地方也叫比能量。如一節(jié)鋰電池重300g，額外電壓為3.7V，容量為10Ah，則其比能量為123Wh/kg。
根據(jù)2016年發(fā)布的“節(jié)能與新能源汽車技術(shù)，可以大概對動力電池發(fā)展趨勢有一個概念，如上圖所示，到2020年，純電動汽車電池單體比能量要到達(dá)350Wh/kg。
功率密度（W/L&W/kg）
將能量除以時間，便得到功率，單位為W或kW。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意電動汽車加快功用的重要目標(biāo)。
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，可以長期作業(yè)，確保汽車?yán)m(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，確保汽車加快功用好。
電池放電倍率（C）
放電倍率是指在規(guī)則時間內(nèi)放出其額外容量（Q）時所需求的電流值，它在數(shù)值上等于電池額外容量的倍數(shù)。即充放電電流（A）/額外容量（Ah），其單位一般為C(C-rate的簡寫)，如0.5C，1C，5C等。
舉個例子，關(guān)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48A，0.5小時放電結(jié)束;
用12A充電，其充電倍率為0.5C，反過來講，0.5C充電，充電電流為12A，2小時充電結(jié)束;
電池的充放電倍率，決議了咱們可以以多快的速度，將必定的能量存儲到電池里面，或許以多快的速度，將電池里面的能量開釋出來。
荷電狀況（%）
SOC，全稱是StateofCharge，荷電狀況，也叫剩下電量，代表的是電池放電后剩下容量與其徹底充電狀況的容量的比值。
其取值范圍為0~1，當(dāng)SOC=0時表明電池放電徹底，當(dāng)SOC=1時表明電池徹底充溢。電池辦理體系（BMS）便是首要通過辦理SOC并進(jìn)行預(yù)算來確保電池高效的作業(yè)，所以它是電池辦理的核心。
現(xiàn)在SOC預(yù)算首要有開路電壓法、安時計量法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、卡爾曼濾波法等，咱們以后再詳細(xì)解讀。
內(nèi)阻
內(nèi)阻是指電池在作業(yè)時，電流流過電池內(nèi)部遭到的阻力。
包含歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，其間：歐姆內(nèi)阻包含電極資料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的電阻；極化內(nèi)阻包含電化學(xué)極化電阻和濃差極化電阻。
因為電阻的存在，電池的實踐容量會下降。咱們也可以看到，電池實踐容量Quse取決于兩個因素：
放電電流 I 與電池內(nèi)阻 R 的乘積，以及放電停止電壓EDV是多少。
需求指出的是電池內(nèi)阻Rbat會跟著電池的運用而逐漸增大。
內(nèi)阻的單位一般是毫歐姆(mΩ)，內(nèi)阻大的電池，在充放電的時分，內(nèi)部功耗大，發(fā)熱嚴(yán)峻，會構(gòu)成電池的加快老化和壽數(shù)衰減，同時也會限制大倍率的充放電應(yīng)用。所以，內(nèi)阻做的越小，電池的壽數(shù)和倍率功用就會越好。通常電池內(nèi)阻的測量方法有溝通和直流測驗法。
電池自放電
指在開路靜置進(jìn)程中電壓下降的現(xiàn)象，又稱電池的荷電堅持能
一般來說，電池自放電首要受制作工藝、資料、貯存條件的影響。
自放電依照容量丟失后是否可逆劃分為兩種：容量丟失可逆，指通過再次充電進(jìn)程容量可以康復(fù)；容量丟失不可逆，表明容量不能康復(fù)。
現(xiàn)在對電池自放電原因研討理論比較多，總結(jié)起來分為物理原因（存儲環(huán)境，制作工藝，資料等）以及化學(xué)原因（電極在電解液中的不穩(wěn)定性，內(nèi)部發(fā)作化學(xué)反應(yīng)，活性物質(zhì)被消耗等），電池自放電將直接下降電池的容量和貯存功用。
電池的壽數(shù)
分為循環(huán)壽數(shù)和日歷壽數(shù)兩個參數(shù)。循環(huán)壽數(shù)指的是電池可以循環(huán)充放電的次數(shù)。即在理想的溫濕度下，以額外的充放電電流進(jìn)行充放電，計算電池容量衰減到80%時所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)。
日歷壽數(shù)是指電池在運用環(huán)境條件下，通過特定的運用工況，到達(dá)壽數(shù)停止條件(容量衰減到80%)的時間跨度。日歷壽數(shù)與詳細(xì)的運用要求緊密結(jié)合的，通常需求規(guī)則詳細(xì)的運用工況，環(huán)境條件，存儲距離等。
循環(huán)壽數(shù)是一個理論上的參數(shù)，而日歷壽數(shù)更具有實踐意義。但日歷壽數(shù)的測算復(fù)雜，耗時長，所以一般電池廠家只給出循環(huán)壽數(shù)的數(shù)據(jù)。
電池組的共同性
這個參數(shù)比較有意思，即使是同一規(guī)格型號的電池單體在成組后，電池組在電壓、容量、內(nèi)阻、壽數(shù)等功用有很大的不同，在電動汽車上運用時，功用目標(biāo)往往達(dá)不到單體電池的原有水平。
單體電池在制作出來后，因為工藝的問題，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)不徹底共同，本身存在必定功用差異。
初始的不共同跟著電池在運用進(jìn)程中連續(xù)的充放電循環(huán)而累計，再加上電池組內(nèi)的運用環(huán)境關(guān)于各單體電池也不盡相同，導(dǎo)致各單體電池狀況產(chǎn)生更大的差異，在運用進(jìn)程中逐漸擴(kuò)大，從而在某些情況下使某些單體電池功用加快衰減，并終究引發(fā)電池組過早失效。
需求指出的是，動力電池組的功用決議于電池單體的功用，但絕不是單體電池功用的簡單累加。因為單體電池功用不共同的存在，使得動力電池組在電動汽車上進(jìn)行重復(fù)運用時，產(chǎn)生各種問題而導(dǎo)致壽數(shù)縮短。
除了要求在出產(chǎn)和配組進(jìn)程中，嚴(yán)格操控工藝和盡量堅持單體電池的共同性外，現(xiàn)在職業(yè)普遍選用帶有均衡功用的電池辦理體系來操控電池組內(nèi)電池的共同性，以延長產(chǎn)品的運用壽數(shù)。
化成
電池制成后，需求對電芯進(jìn)行小電流充電，將其內(nèi)部正負(fù)極物質(zhì)激活，在負(fù)極外表構(gòu)成一層鈍化層——SEI（solidelectrolyteinterface）膜，使電池功用愈加穩(wěn)定，電池通過化成后才能體現(xiàn)其真實的功用，這一進(jìn)程稱為化成。
化成進(jìn)程中的分選進(jìn)程可以進(jìn)步電池組的共同性，使終究電池組的功用進(jìn)步，化成容量是篩選合格電池的重要目標(biāo)。下圖為SEI膜，像不像黑色的玫瑰花。
