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(严)圈诱楓F (±) *Li计量蚀与磊(乎)总(響)其中,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 X1023mol-1 与元电荷e=1.602176 X 10-19 C 的积,其值为96485.3383±0.0083 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 g/mol,其理 论 容 量 为峙"“亠g 丹山 157.756 g 3. & C同理可得:三元材料NCM(1:1:1)(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 )摩尔质量为96.461g/mol,其理论 容量为278 mAh/g,LiCoO2摩尔质量97.8698 g/mol,如果锂离子全部脱出,其理论克容量274 mAh/g.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 g/mol , 石 墨 的 最 大 理 论 容 量 为 :理论容量(啰9烦户丄(空M丄(空1口7沖吨 g mol 72.066 g 1.6 C "对于硅负极,由5Si+22Li++22e-㈠Li22Si5可知,5个硅的摩尔质量为140.430 g/mol,5个 硅原子结合 22 个 Li , 则硅负极的理论容量为: 理i仑容量(嶼)=网尸-2^ (包艸丄(哋)=宓血咙'g mol 140.43 0 g 3.6 C "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=锂离子脱嵌系数 X 理论容量(2 )电池设计容量 电池设计容量=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,主要在涂布和辊压工序控制。
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负极活性物含量比三(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, —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SEI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:辗压后豫层面密度族压朋_辗压后极片的厚度-譌畫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计算:银压后涂层面密魔=涂层涂布面密度1十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-涂层压头留度 涂层平均密度E余层平均密度=其中,涂层的平均密度为:活物质比例■导电剂比例■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=(化成充入容量+分容补充电容量)/分容第一次放电容量(6)能量密度体积能量密度(Wh/L)=电池容量(mAh)X3.6(V)/ (厚度(cm)*宽度(cm)*长度 (cm)) 质量能量密度(Wh/KG)=电池容量(mAh) X 3.6(V)/电池重量。