中國粉體網(wǎng)訊 鋰電池是一個(gè)非常復(fù)雜的體系，主要由正極、負(fù)極、電解液及隔膜等部分組成，每個(gè)部分都會影響到整個(gè)體系的性能。在整個(gè)體系中不同的參數(shù)能夠表征電池系統(tǒng)不同性能，以下對其中的四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行簡要介紹。
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1、能量密度
各類應(yīng)用方向?qū)﹄姵鼐哂胁煌矫娴男阅苄枨螅虼诵枰嗅槍π缘亻_發(fā)適合不同應(yīng)用方向的電池體系。但總的來說，能量密度是衡量電池體系儲存電能能力最為重要的參數(shù)。能量密度分為質(zhì)量能量密度和體積能量密度兩種衡量方式，二者分別具有不同的應(yīng)用場景。
質(zhì)量能量密度的定義為單位質(zhì)量下的電池能量密度：
體積能量密度的定義為單位體積下的電池能量密度：
根據(jù)以上公式以及能斯特方程，電池的比能量和比容量可以用以下公式計(jì)算：
比能量：
比容量：
其中，n是參與電化學(xué)反應(yīng)的堿金屬離子的個(gè)數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，E*是電池的平均工作電壓，M為電池正負(fù)極材料的相對分子量總和，由上述方程式可以看出，電池體系的能量密度與體系的電壓和比容量成正比，因此提升能量密度的兩條主要途徑就是提升電池的輸出電壓和比容量。為了提高全電池的輸出電壓，通常需要選取具有較高工作電壓的正極材料和較低工作電壓的負(fù)極材料。然而工作電壓的提升還受到電解液體系的限制，目前商用電解液電壓區(qū)間通常在4.5V以下，難以進(jìn)一步提升。因此，進(jìn)一步提高電池的比容量在目前的研究工作中顯得尤為重要，為提高電池體系的比容量，電極材料應(yīng)該具有較低的相對摩爾質(zhì)量，并具有更多電子反應(yīng)，使M降低，n增加。經(jīng)過多年發(fā)展，正極材料的比容量已經(jīng)遇到瓶頸，容量通常難以超過200mAh/g，而負(fù)極材料比容量的提升空間相對更大。因此，發(fā)展新型負(fù)極材料，并通過各種手段提升負(fù)極材料的比容量，對于提升整個(gè)電池體系的能量密度至關(guān)重要。
2、首次庫倫效率
負(fù)極材料在首次放電和充電的過程中，庫倫效率通常無法達(dá)到100%，會有一部分放電容量不可逆，這部分容量會對全電池的組裝產(chǎn)生較大影響。這種導(dǎo)致首次庫倫效率降低的不可逆容量主要來源于材料在首次放電過程中，放電到低電壓處發(fā)生電解液分解并生成SEI膜的過程，以及一些相關(guān)的副反應(yīng)。首次不可逆反應(yīng)會使得材料的首次庫倫效率降低，影響全電池的匹配。這種現(xiàn)象在納米材料中更為明顯，這是由于納米材料具有較大的比表面積，會生成更多的SEI膜，并伴隨更嚴(yán)重的副反應(yīng)。對于合金類和轉(zhuǎn)換類材料，不可逆反應(yīng)還會造成嚴(yán)重的容量衰減并影響充放電反應(yīng)的庫倫效率和循環(huán)壽命。因此，通過化學(xué)或電化學(xué)的方法將材料進(jìn)行活化以避免首次不可逆容量，或者通過合理的材料和形貌設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)具有高首次庫倫效率的電極材料顯得尤為重要。
3、功率密度
功率密度是另一項(xiàng)反映電池充放電能力的重要參數(shù)，它表征的是電池在放電過程中輸出能量的速度，對應(yīng)于電池的倍率性能。
功率密度可以通過如下公式進(jìn)行表征：
其中，I是電池的充放電電流，V代表電壓，Rint則對應(yīng)于電池的內(nèi)阻。由此可知，電池的內(nèi)阻越小，其功率密度越大。而內(nèi)阻則主要與電解液的離子導(dǎo)電率以及電極材料的離子導(dǎo)電率、電子導(dǎo)電率等電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)、電池的存儲機(jī)制以及電極與電解液之間的界面電阻（Rct）等因素相關(guān)。這也是在選擇電極材料的重要參考因素。
4、充放電倍率
充放電倍率是指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)放出其額定容量（Q）時(shí)所需要的電流值，它在數(shù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)。即充放電電流（A）/額定容量（Ah），其單位一般為C(C-rate的簡寫)，如0.5C，1C，5C等。
舉個(gè)例子，對于容量為24Ah電池來說：
用48A放電，其放電倍率為2C，反過來講，2C放電，放電電流為48A，0.5小時(shí)放電完畢;
用12A充電，其充電倍率為0.5C，反過來講，0.5C充電，充電電流為12A，2小時(shí)充電完畢;
電池的充放電倍率，決定了我們可以以多快的速度，將一定的能量存儲到電池里面，或者以多快的速度，將電池里面的能量釋放出來。
參考來源：
1、張璐.高容量儲能電池負(fù)極材料研究
2、常用鋰電參數(shù)與計(jì)算公式.鋰電聯(lián)盟會長
3、羅列鋰電池各個(gè)參數(shù).高工鋰電
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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