(1)电极材料的理论容量
电极材料的理论容量,即假设材料中所有锂离子都参与电化学反应所供应的容量,按下式计算:
其中,法拉第常数(F)表示每摩尔电子携带的电荷量,单位为C/mol,是阿伏伽德罗常数NA=6.02214×1023mol-1与元素电荷e=1.602176×10-19C的乘积,其值为96485.3383±0.0083C/mol
因此,主流材料理论承载力计算公式如下:
LiFePO4的摩尔质量为157.756g/mol,其理论容量为:
同样,三元材料NCM(1:1)(lini1/3co1/3mn1/3O2)的摩尔质量为96.461g/mol,其理论容量为278mAh/g,LiCoO2的摩尔质量为97.8698g/mol。假如锂离子全部释放,其理论容量为274mah/g。
在石墨负极中,当锂包埋量最大时,形成锂碳层间化合物,化学式为LiC6,即6个碳原子与1个锂原子化合。6cmol的质量为72.066g/mol,石墨的最大理论容量为:
为硅阳极,李四+22+5+e-22↔Li22Si5表明五硅摩尔质量是140.430克/摩尔,五个硅原子与李22,是硅阳极容量的理论:
这些计算值就是理论克容。为了保证材料结构的可逆,实际锂离子的脱嵌系数小于1。实际材料克容量为:材料实际克容量=锂离子包埋系数×理论容量
(2)电池设计容量
电池设计容量=镀膜层密度×活料比×活料克数×电极镀膜面积
其中,表面密度是一个关键的设计参数,重要在涂层和轧制过程控制中。在压实密度不变的情况下,涂层密度的增大意味着电极厚度增大,电子传递距离增大,电子电阻增大,但新增程度有限。在厚电极膜中,电解液中锂离子迁移阻抗的增大是影响倍增器特性的重要原因。考虑到孔隙率和孔隙的交错,离子在孔隙中的迁移距离是电极膜厚度的好几倍。
(3)N/P比值
G负极活性物质的能力×负极的活性物质密度×内容比负极活性物质的&pide;(G正极活性物质的能力×正极的活性物质密度×内容的比例在正极活性物质)
石墨负极电池的N/P大于1.0,一般为1.04~1.20,这重要是为了安全设计,重要是为了防止负极锂的演化,设计时应考虑工艺容量,如镀层偏差等。但是,当N/P过大时,电池的不可逆容量损失会导致电池容量过低,电池能量密度降低。
钛酸锂负极采用过量正极设计,电池容量由钛酸锂负极的容量决定。正极的过度设计有利于提高电池的高温性能:高温气体重要来自负极。当正电极过量设计时,负电极电位较低,容易在钛酸锂表面形成SEI。
(4)涂层的压实密度和孔隙率
在生产过程中,电池电极涂层压实密度的计算公式如下:
考虑到在轧制极板时金属箔是延展的,轧制后涂层的表面密度计算公式如下:
涂层由活性材料相、碳橡胶相和孔隙组成。孔隙度计算公式如下:
式中,涂层的平均密度为:
(5)主效应
初始效应=第一次放电容量/第一次充电容量
在日常生产中,通常先将其转换成容积,再将容积分成若干部分,并充一部分电,再将电量加到容积中,再将其排出,因此:
初始效应=(形成电荷容量+新增的电容)/电容第一放电容量
(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))
质能密度(Wh/KG)=电池容量(mAh)×3.6(V)/电池