锂电常用参数与计算公式中英对照.docx

《锂电常用参数与计算公式中英对照.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锂电常用参数与计算公式中英对照.docx（8页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、锂电常用参数与计算公式、中英对照(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：理论容量(叫与=拉第襁F (E) *Li计量个数攵=()噎(喧)其中，法拉第常数(F)代表每摩尔电子所携带的电荷，单位Cmol,它是阿伏 伽德罗数NA=6.02214 1023mol-l与元电荷e=1.602176 X 10-19 C的积，其值为 96485.33830.0083 C/mol故而，主流的材料理论容量计算公式如下：LiFeP04摩尔质量157.756 gmol,其理论容量为:理论容蚩(些)=96500() *g而1157. 756(啖

2、*白喈)TOMWg同理可得：三元材料NCM(1:1:1)(LiNiI/3COl/3Mnl/302 )摩尔质量为 96.461gmol,其理论容量为 278 mAhgzLiCoO2 摩尔质量 97.8698 gmol,如果锂 离子全部脱出，其理论克容量274mAhg.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 gmol,石墨的最大理论容量为：丁田、人gH,tAh n,f C1 zmols jr 1 zmAhs C-C n, 理论谷量()=96500()()*一() = 372L4hggmol 72.066 g 3.6

3、C对于硅负极，由5Si+22Li+22e- Li22Si5可知，5个硅的摩尔质量为140.430 gmol, 5个硅原子结合22个Li,则硅负极的理论容量为：理论容量W) = 965砥身赢胃噎喈) = 42。OnWg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：材料实际克容量二锂离子脱嵌系数理论容量(2)电池设计容量电池设计容量二涂层面密度X活物质比例X活物质克容量X极片涂层面积其中,面密 度是一个关键的设计参数，主要在涂布和馄压工序控制。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

4、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X负极面密度X负极活性物含量比 (正极活性物质克容量X 正极面密度X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

5、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S日膜。(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：涂层压实密度=辐压后涂层面密度辐压后极片的厚度-金属箔原始厚度14箔材延展率而考虑到极片辑压时，金属箔材存在延展，根压后涂层的面密度通过下式计 算：辑压后涂层面备度=涂层涂布面密度14箔材延展率涂层由活物质相、碳胶相和孔隙组成，孔隙率计算公式:孔隙率=1-涂层压实密度涂层平均密度其中，涂层的平均密度为:涂层平均密度=活物质比例.导电剂比例鼻粘结剂比例活物质密度导电剂密度粘结剂密度(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

6、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)(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(Crn)*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辑压分切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hig

7、t temp-baking化成formation二次注液2rd injection分容grading静置staticIR、OCV测试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额定容量nominal capacity实际容量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释放的能量，如果是单位体积，

8、即体积能量密度（Wh/L）, 很多地方直接简称为能量密度；如果是单位质量，就是质量能量密度（Whkg）, 很多地方也叫比能量。如一节锂电池重300g,额定电压为3.7V,容量为IOAh, 则其比能量为123Wh/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/Lo比功率是评价电池是否满足电动汽车加速性能的重要指标。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，可以长时间工作，保证汽车续航里程长。比功率 高的动力

9、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，保证 汽车加速性能好。电池放电倍率（C）放电倍率是指在规定时间内放出其额定容量（Q）时所需要的电流值，它在数值 上等于电池额定容量的倍数。即充放电电流（A） /额定容量（Ah）,其单位一般 为C（C-rate的简写），如0.5C, 1C, 5C等。举个例子，对于容量为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 放电完毕;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小时充电完毕;电池的充放电倍率，决定了我们可以以多快的速度，将一 定的能量存

10、储到电池里面，或者以多快的速度，将电池里面的能量释放出来。荷电状态（%）SOC,全称是StateOfCharge,荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池放电后剩 余容量与其完全充电状态的容量的比值。其取值范围为当SoC=O时表示电 池放电完全，当SOC=I时表示电池完全充满。电池管理系统（BMS）就是主要通 过管理SoC并进行估算来保证电池高效的工作，所以它是电池管理的核心。目 前SoC估算主要有开路电压法、安时计量法、人工神经网络法、卡尔曼滤波法 等，我们以后再详细解读。内阻内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部受到的阻力。包括欧姆内阻和极化内 阻，其中：欧姆内阻包括电极材料、电解液、隔膜电阻

11、及各部分零件的电阻；极 化内阻包括电化学极化电阻和浓差极化电阻。用数据说话，下图表示一电池放电 曲线，X轴表示放电量，Y轴表示电池开路电压，电池理想放电状态为黑色曲线， 红色曲线是考虑到电池内阻时的真实状态。)2o KJa=Eg图不:：QmaX为电池最大化学容量；QUSe为电池实际容量；Rbat表示电池的 内阻；EDV为放电终止电压；I为放电电流。从图中可以看出，电池实际容量Quse 电池理论上的最大化学容量QmaX。由于电阻的存在，电池的实际容量会降低。 我们也可以看到，电池实际容量QUSe取决于两个因素：放电电流I与电池内阻 R的乘积，以及放电终止电压EDV是多少。需要指出的是电池内阻Rb

12、at会随着 电池的使用而逐渐增大。内阻的单位一般是毫欧姆（mC）,内阻大的电池，在充放 电的时候，内部功耗大，发热严重，会造成电池的加速老化和寿命衰减，同时也 会限制大倍率的充放电应用。所以，内阻做的越小，电池的寿命和倍率性能就会 越好。通常电池内阻的测量方法有交流和直流测试法。电池自放电指在开路静置过程中电压下降的现象，又称电池的荷电保持能一般而言，电池自 放电主要受制造工艺、材料、储存条件的影响。自放电按照容量损失后是否可逆 划分为两种：容量损失可逆，指经过再次充电过程容量可以恢复；容量损失不可 逆，表示容量不能恢复。目前对电池自放电原因研究理论比较多，总结起来分为 物理原因（存储环境，制

13、造工艺，材料等）以及化学原因（电极在电解液中的不 稳定性，内部发生化学反应，活性物质被消耗等），电池自放电将直接降低电池 的容量和储存性能。电池的寿命分为循环寿命和日历寿命两个参数。循环寿命指的是电池可以循环充放电的次数。 即在理想的温湿度下，以额定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。日历寿命是指电池在使用环境条件下，经过特定的使 用工况，达到寿命终止条件（容量衰减到80%）的时间跨度。日历寿命与具体的使 用要求紧密结合的，通常需要规定具体的使用工况，环境条件，存储间隔等。循 环寿命是一个理论上的参数，而日历寿命更具有实际意义。但日历寿命的测算复 杂，耗时长，

14、所以一般电池厂家只给出循环寿命的数据。上图为某三元锂电池的充放电特性图，可以看出，不同的充放电方式对电池 的寿命影响不一样，如上图数据，以25%-75%充放电的寿命可以达到2500次， 即我们所说的电池浅充浅放。电池寿命这个话题我们以后还会深入讨论。电池组的一致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、寿命等性能有很大的差别，在电动汽车上使用时，性能指标往往达 不到单体电池的原有水平。单体电池在制造出来后，由于工艺的问题，导致内部 结构和材质不完全一致，本身存在一定性能差异。初始的不一致随着电池在使用 过程中连续的充放电循环而累计，再加上电池组内的

15、使用环境对于各单体电池也 不尽相同，导致各单体电池状态产生更大的差异，在使用过程中逐步放大，从而 在某些情况下使某些单体电池性能加速衰减，并最终引发电池组过早失效。需要 指出的是，动力电池组的性能决定于电池单体的性能，但绝不是单体电池性能的 简单累加。由于单体电池性能不一致的存在，使得动力电池组在电动汽车上进行 反复使用时，产生各种问题而导致寿命缩短。除了要求在生产和配组过程中，严 格控制工艺和尽量保持单体电池的一致性外，目前行业普遍采用带有均衡功能的 电池管理系统来控制电池组内电池的一致性，以延长产品的使用寿命。化成电池制成后，需要对电芯进行小电流充电，将其内部正负极物质激活，在负极表 面形成一层钝化层 SEI (solidelectrolyteinterface)膜，使电池性能更加稳定， 电池经过化成后才能体现其真实的性能，这一过程称为化成。化成过程中的分选 过程能够提高电池组的一致性，使最终电池组的性能提高，化成容量是筛选合格 电池的重要指标。下图为SEl膜，像不像黑色的玫瑰花。