目前正负极配比可以按照经验公式N/P=1.08来计算,Ⅳ、P分别为负极和正极活性物质的质量比容量,计算公式如式(10-1)和式(10-2)所示。负极过量有利于防止电池过充时带来的锂在负极表面的沉积,有利于提高电池的循环寿命和安全性。
N=负极面密度×活性物质比率×活性物质放电比容量(10-1)
P=正极面密度×活性物质比率×活性物质放电比容量(10-2)
假设正极面密度为200mg·cm-2,活性物质比率为90%,放电比容量为145mA·h·g-l,那么P=200mg·cm-2×0.9×145mA·h·g-l_26.lmA·h·cm-2。假设负极活性物质比率为95%,放电比容量为320mA·h·g-l,那么负极的面密度设计为93mg·cm-2较为合适,此时N=93mg·cm-2×0.95×320mA·h·g-1-28.3mA·h·cm-2,N/P=1.084。
因为电池材料首轮不可逆容量也会影响正负极的配比,所以还应当用首轮的充电容量对上面的计算进行验证。根据表2所示,LiC00:首轮充放电效率95%,NCM111首轮充放电效率86%,负极的首轮充放电效率90%,它们的充电容量分别为153mA·h·g1、169mA·h·g-l、355mA·h·g-1。
PLCO=27.54mA·h·cm-2
N=31.36mA·h·cm-2
N/PLCO=1.138
P111_30.42mA·h·cm-2
N/Plll_1.03
一般讲用充电容量算出的N/P比应该大于1.03,如果低于1.03就要重新对正负极的比例进行微调。例如当正极首轮效率为80%时,上述正极充电容量为181mA·h·g-1,那么P=32.58mA·h·cm-2,N/P=0.96,这时就要调整正负极的面密度,使N/P大于1,最好在1.03左右。