锂离子电池理论容量与比能量的计算

钻酸锂电池充放电过程时发生的反应：

 

　　充电时的反应：

 

　　正极：LiCoO2=Li1-xCo02+xLi++xe-

 

　　负极：6C+xLi++xe-=Lixc6。

 

　　放电时的反应：

 

　　正极：Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2，

 

　　负极：LixC6=6C+xLi++xe-。

 

 

　　钴酸锂电池参数

 

　　标准放电持续电流：0.2C

 

　　最大放电持续电流：0.5C

 

　　工作温度：充电：0~45℃

 

　　放电：-20~60℃

 

　　产品尺寸：MAX15*29*51mm

 

　　成品内阻：≤180mΩ

 

　　引线型号：国标线UL1571/26#，线长100mm

 

　　保护参数：过充保护电压/每串4.28±0.025V

 

　　过放保护电压2.4±0.1V过流值：3~7A

1) 反应过程中1mol的C6和1mol的钴酸锂反应，产生1个电子（假设x=1），即：

产生电荷为1×96485C/mol（法拉第常数）= 96485C = 96485As = 26.80Ah。

2) C摩尔质量12g/mol，C6摩尔质量为72g/mol。钴酸锂的摩尔质量=97.8698g/mol，即：

反应物的理论质量为72+97.9=169.9g。

3）钴酸锂的比容量26.80Ah/169.9g=157.7Ah/kg

4）取钴酸锂电池理论电压为4.2V，即

比能量为26.80Ah×4.2V/169.9g=662.5Wh/kg

但考虑现实电池的放点电压一般在3.6~3.8V之间，且构成电池的材料除了正负极材料还有集流体、导柄、包装外壳等，其比能量要远小于理论比能量。
理论能量(W0)是在放电过程处于平衡状态,放电电压保持电动势(E)数值,且活性物质利用率为100%的条件下,电池所获得的能量,即可逆电池在恒温恒压下所做的最大非膨胀功,实际能量(W)是电池放电时实际获得的能量,当锂离子电池标称电压为3.7V,容量为2200mA·h时,电池的实际能量为2.2A·h×3.7V = 8.14W·h,单位换算为焦耳(1W=1J/s)时的实际能量为29304J。
比能量也称能量密度,是指单位质量或单位体积电池所获得的能量,称为质量比能量或体积比能量。理论质量比能量根据正、负两极活性物质的理论质量比容量和电池的电动势计算。实际比能量是电池实际输出的能量与电池质量(或体积)之比。
现有的锂离子电池负极材料多以石墨为主，石墨的理论克容量372mAh/g。正极材料磷酸铁锂理论克容量只有160mAh/g，而三元材料镍钴锰(NCM)约为200mAh/g。
系统能量密度是指单体组合完成后的整个电池系统的电量比整个电池系统的重量或体积。因为电池系统内部包含电池管理系统，热管理系统，高低压回路等占据了电池系统的部分重量和内部空间，因此电池系统的能量密度都比单体能量密度低。