锂离子电池常用的都有那些计算公式和参数？

在规划与研讨锂电池的过程中，你对以下的锂电参数与核算公式全部把握了吗？如果还没把握，赶紧保藏起来渐渐学习吧

一、电极资料的理论容量

电极资料理论容量，即假定材猜中锂离子全部参加电化学反应所能够供给的容量，其值通过下式核算：

常用的锂电参数与核算公式

其间，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=1.602176×10-19C的积，其值为96485.3383±0.0083C/mol

故而，干流的资料理论容量核算公式如下:

LiFePO4摩尔质量157.756g/mol，其理论容量为：

常用的锂电参数与核算公式

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278mAh/g,LiCoO2摩尔质量97.8698g/mol，如果锂离子全部脱出，其理论克容量274mAh/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72.066g/mol，石墨的最大理论容量为：

常用的锂电参数与核算公式

关于硅负极，由5Si+22Li++22e-?Li22Si5可知，5个硅的摩尔质量为140.430g/mol，5个硅原子结合22个Li，则硅负极的理论容量为：

常用的锂电参数与核算公式

这些核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×活物质份额×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控制。压实密度不变时，涂层面密度添加意味着极片厚度添加，电子传输间隔增大，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弯曲连同，离子在孔隙内的迁移间隔比极片厚度多出很多倍。

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，首要为了避免负极析锂，规划时要考虑工序能力，如涂布误差。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能：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

在生产过程中，电池极片的涂层压实密度核算公式：

常用的锂电参数与核算公式

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核算：

常用的锂电参数与核算公式

涂层由活物质相、碳胶相和孔隙组成，孔隙率核算公式：

常用的锂电参数与核算公式

其间，涂层的均匀密度为：

常用的锂电参数与核算公式

五、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，分容弥补电后再放电，故而：

首效=分容第一次放电容量/（化成充入容量+分容弥补电容量）

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rollingslitting

点焊spotwelding

激光切lasercutting

卷绕winding

拼装assemblypackage

激光焊laserwelding

烘烤baking

注液injection

高温老化higttemp-baking

化成formation

二次注液2rdinjection

分容grading

静置static

IR、OCV测验IR/OCVtest

容量密度capacitydensity

能量密度energydesity

功率密度powerdensity

开路电压openCircuitVoltage

标称电压nominalvoltage

额外容量nominalcapacity

实践容量praticalcapacity

放电速率dischargerate

放电深度depthofdischarge

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，如果是单位体积，即体积能量密度（Wh/L），很多当地直接简称为能量密度；如果是单位质量，就是质量能量密度（Wh/kg），很多当地也叫比能量。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。

常用的锂电参数与核算公式

根据2016年发布的“节能与新能源轿车技术，能够大约对动力电池发展趋势有一个概念，如上图所示，到2020年，纯电动轿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（有些当地也直接叫比功率）或单位体积电池输出的功率，单位为W/kg或W/L。比功率是点评电池是否满意电动轿车加快功能的重要目标。

比能量和比功率终究有什么区别？

举个形象的比如：比能量高的动力电池就像龟兔赛跑里的乌龟，耐力好，能够长时间作业，确保轿车续航里程长。

比功率高的动力电池就像龟兔赛跑里的兔子，速度快，能够供给很高的瞬间电流，确保轿车加快功能好。

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。

举个比如，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，决议了咱们能够以多快的速度，将必定的能量存储到电池里面，或者以多快的速度，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时表明电池彻底充满。电池办理系统（BMS）就是首要通过办理SOC并进行估算来确保电池高效的作业，所以它是电池办理的中心。

现在SOC估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，咱们今后再详细解读。

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、隔阂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。

用数据说话，下图表明一电池放电曲线，X轴表明放电量，Y轴表明电池开路电压，电池抱负放电状况为黑色曲线，赤色曲线是考虑到电池内阻时的实在状况。

常用的锂电参数与核算公式

图示：Qmax为电池最大化学容量；Quse为电池实践容量；Rbat表明电池的内阻；EDV为放电停止电压；I为放电电流。

从图中能够看出，电池实践容量Quse<电池理论上的最大化学容量Qmax。

由于电阻的存在，电池的实践容量会下降。咱们也能够看到，电池实践容量Quse取决于两个要素：

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，会造成电池的加快老化和寿数衰减，同时也会约束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能就会越好。一般电池内阻的测量方法有交流和直流测验法。

电池自放电

指在开路静置过程中电压下降的现象，又称电池的荷电坚持能

一般来说，电池自放电首要受制造工艺、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，指通过再次充电过程容量能够康复；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，制造工艺，资料等）以及化学原因（电极在电解液中的不稳定性，内部发生化学反应，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能。

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能够循环充放电的次数。即在抱负的温湿度下，以额外的充放电电流进行充放电，核算电池容量衰减到80%时所阅历的循环次数。

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。日历寿数与具体的运用要求紧密结合的，一般需求规则具体的运用工况，环境条件，存储间隔等。

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。

常用的锂电参数与核算公式

上图为某三元锂电池的充放电特性图，能够看出，不同的充放电方式对电池的寿数影响不一样，如上图数据，以25%-75%充放电的寿数能够到达2500次，即咱们所说的电池浅充浅放。电池寿数这个论题咱们今后还会深入讨论。

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、寿数等功能有很大的不同，在电动轿车上运用时，功能目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彻底一致，自身存在必定功能差异。

初始的不一致跟着电池在运用过程中接连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发生更大的差异，在运用过程中逐步放大，从而在某些情况下使某些单体电池功能加快衰减，并终究引发电池组过早失效。

需求指出的是，动力电池组的功能决议于电池单体的功能，但绝不是单体电池功能的简略累加。由于单体电池功能不一致的存在，使得动力电池组在电动轿车上进行反复运用时，发生各种问题而导致寿数缩短。

除了要求在生产和配组过程中，严格控制工艺和尽量坚持单体电池的一致性外，现在行业普遍选用带有均衡功能的电池办理系统来控制电池组内电池的一致性，以延伸产品的运用寿数。

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，使电池功能更加稳定，电池通过化成后才干体现其实在的功能，这一过程称为化成。

化成过程中的分选过程能够进步电池组的一致性，使终究电池组的功能进步，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。