锂离子专业术语解读！

1.电压

1.1 电动势

电化学电池充放电过程实际上是通过化学反应而实现的，Gibbs自由能的变化与电池体系的电势之间存在如下关系：

式中，n为电极反应中转移电子的物质的量；F为法拉第常数，F=96500C/mol（或F=26.8A·h/mol）；EƟ为标准电势，当放电电流趋于零时，输出电压等于电池电势EƟ 。

上式为化学能转变为电能的最高限度，为改善电池的性能提供了理论依据。

非标准状态为：

1.2 理论电压

正极（还原电位）+负极（氧化电位）=标准电池电动势。理论电压是电池电压的最高限度，不同材料组成的电池理论电压是不同的。除此，电池电压还包括以下几种：

1.3 开路电压Eocv

开路电压是指电池没有负荷时正负极两端的电压，开路电压小于电池电动势。

1.4 工作电压Ecc

工作电压是指电池有负荷时正负极两端的电压，它是电池工作时实际输出的电压，其大小随电流大小和放电程度不同而变化。工作电压低于开路电压，因为电流流过电池内部时，必须克服极化电阻和欧姆电阻所造成的阻力。Ecc=Eocv–IRi。电池工作电压会受放电制度、环境温度的影响

1.5 终止电压

终止电压是指电池充电或放电时，所规定的最高充电电压或最低放电电压。终止电压的设定与不同材料组成的电池有关，如对于C/LiFePO4电池的工作电压在3.4V左右，所以它的充放电终止电压一般定为4V和2.7V。而C/LiMn2O4电池的工作电压一般在4V左右，所以它的充放电终止电压一般定为4.3V和3.3V。

2. 电池的容量和比容量

2.1　容量

电池的容量是指在一定的放电条件下可以从电池获得的电量，单位常用安培小时（A·h）表示。电池的容量又有理论容量、实际容量和额定容量之分。

（1）理论容量（C）

理论容量是假设活性物质全部参加电池的反应所给出的电量。它是根据活性物质的量按照法拉第定律计算求得的。实际电池放出的容量只是理论容量的一部分。

法拉第定律指出：电极上参加反应的物质的量与通过的电量成正比，即1mol的活性物质参加电池的成流反应，所释放出的电量为F（96500C或26.8A·h）。因此活性材料的理论容量计算公式如下：

式中，m为活性物质完全反应时的质量；M为活性物质的摩尔质量；ne为电极反应时的得失电子数；K为活性物质的电化当量。对于LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4，其理论容量都为26.8A·h·mol–1。

（2）实际容量（C）

实际容量是指在一定的放电条件（如0.2C）下，电池实际放出的电量。电池不同放电制度下所给出的电量也不相同，这种未标明放电制度下的电池实际容量通常用标称容量来表示。标称容量只能是实际容量的一种近似表示方法。电池的放电电流强度、温度和终止电压，称为电池的放电制度。放电制度不同，容量不同。

计算方法如下：

恒电流放电时: C=It　　

恒电阻放电时:

近似计算公式为：

式中，I为放电电流；R为放电电阻；t为放电至终止电压的时间，h；V平为电池的平均放电电压。

（3）额定容量（C额）

额定容量是指设计和制造电池时，规定或保证电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的电量。额定容量是制造厂标明的安时容量，作为验收电池质量的重要技术指标的依据。不同电池系列所规定的额定容量技术标准也有所不同，是根据电池的性能和用途来规定的。通常情况下，实际的容量比厂家保证的容量高出5％～15％。

2.2　比容量

为了对不同的电池进行比较，常常引入比容量这个概念。比容量是指单位质量或单位体积的电池（或活性材料）所给出的容量，分分别称为质量比容量（A·h·kg–1）或体积比容量（A·h·m–3）。

例如：计算LiCoO2材料理论比容量。

根据公式

式中，n=1；C=26.8×1000/98=274mA·h·g–1。

3　电池的能量和比能量

电池的能量是指电池在一定放电条件下对外做功所输出的电能，其单位通常用瓦时（W·h）表示。

3.1　理论能量

假设电池在放电过程中始终处于平衡状态，其放电电压保持电动势（ EƟ ）的数值，而且活性物质的利用率为100％，即放电容量为理论容量，则在此条件下电池所输出的能量为理论能量W，即：

也就是可逆电池在恒温恒压下所做的最大功：

3.2　理论比能量

理论比能量是指单位质量或单位体积的电池所给出的能量，也称为能量密度，常用W·h·kg–1或W·h·L–1表示。比能量也分为理论比能量和实际比能量。

电池的理论质量比能量可以根据正、负极两种活性物质的理论质量比容量和电池的电动势计算出来。如果电解质参加电池的成流反应，还需要加上电解质的理论用量。设正负极活性物质的电化当量分别为K+、K–（g·A–1·h–1），电池的电动势为EƟ ，则电池的理论质量比能量（W·h·kg–1）为：

实际能量是电池放电时实际输出的能量。它在数值上等于电池实际容量与电池平均工作电压的乘积：

W=CV平

由于活性物质不可能完全被利用，而且电池的工作电压永远小于电动势，所以电池的实际能量总是小于理论能量。

例：计算C6/LiMn2O4和C6/LiCoO2电池的理论比容量和理论比能量。

LiMn2O4的摩尔质量=181g/mol,LiCoO2的摩尔质量=98g/mol,［Li］C6=72g/mol, Li=7g/mol

1000g 的LiMn2O4理论容量=26.8A·h·mol–1×1×1000g/（181g·mol–1）=148A·h；即LiMn2O4的理论质量比容量为148mA·h·g–1；每安时电量需要6.76g活性材料。同理算得LiCoO2的理论质量比容量为274mA·h·g–1；每安时电量需要3.65g活性材料；［Li］C6的理论质量比容量为372mA·h·g–1；每安时电量需要2.69g活性材料。

电池的理论比容量：根据上面计算，C6/LiMn2O4电池：每安时电量需要9.45g正负极活性材料，比容量为0.106A·h·g–1。

C6/LiCoO2电池：每安时电量需6.34g正负极活性材料，比容量为0.159A·h·g–1。

电池的理论比能量：C6/LiMn2O4电池：0.106A·h·g-1×1kg×4.0V =424W·h，即该电池理论质量比能量为424W·h·kg–1；同理可得C6/LiCoO2电池理论质量比能量为604W·h·kg–1

实际电池的比能量远低于理论比能量，因为电池中还包含有电解质、隔膜、外包装等，另外对于层状化合物，由于Li全部从正极材料中脱出会使结构完全塌陷，所以得失电子数只能在0.5～0.7之间，这样实际比容量和比能量都低于理论值。

4　电池的功率和比功率

电池的功率是指在一定的放电制度下，单位时间内电池输出的能量，单位为瓦（W）或千瓦（kW）。而单位质量或单位体积的电池输出的功率为比功率，单位为W·kg–1或W·L–1。

理论上电池的功率可以表示为：

式中，t为放电时间；C0为电池的理论容量；I为恒定的电流；EƟ为电动势。

而电池的实际功率：

式中，I2R内是消耗于电池全内阻的功率，这部分功率对负载是无用的。

5　充放电速率

充放电速率一般用小时率或倍率表示。小时率是指电池以一定的电流放完其额定容量所需要的小时数。而倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值。倍率通常以字母C表示，如果是0.2倍率也叫0.2C。小时率和倍率互为倒数，C=1/h，例如，对于额定容量为5A·h的电池，以0.1C放电，则10h可以放完5A·h的额定容量，因此也叫10小时率放电。对于额定容量为5A·h的电池，以0.5A电流放电，则放电倍率是0.1C。

但在材料的测试过程中，如何规定倍率并不十分统一。有人以材料的理论比容量为基准，例如，对于LiCoO2的理论比容量是274mA·h·g–1，那么，1C倍率放电的电流就是274mA·g–1。但也有人根据材料实际释放的比容量进行计算，例如LiCoO2的1C倍率放电的电流可能设为135mA·g–1，电流的设定上不很统一。所以在写出倍率后，一定要给出实际的充放电电流值。

6　放电深度

放电深度常用DOD（depth of discharge）表示，是放电程度的一种度量，它体现参与反应的活性材料所占的比例。

7　库仑效率

在一定的充放电条件下，放电释放出来电荷与充电时充入的电荷的百分比，叫库仑效率，也叫充放电效率。影响库仑效率的因素很多，如电解质的分解，电极界面的钝化，电极活性材料的结构、形态、导电性的变化都会影响库仑效率。

8　电池内阻

电池内阻包括欧姆电阻（RΩ）和极化电阻（Rf）两部分。欧姆电阻由电极材料、电解液、隔膜、集流体的电阻以及各部件之间的接触电阻组成。极化电阻是指进行电化学反应时由于极化引起的电阻。极化电阻包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。为比较相同系列不同型号的电池的内阻，引入比电阻R′i，即单位容量下的电池内阻：R′i=Ri/C　　式中，C为电池容量，A·h。

9、电池寿命

对于二次锂离子电池来说，电池寿命包括循环寿命和搁置寿命。

循环寿命是指电池在某一定条件下（如某一电压范围、充放电倍率、环境温度）进行充放电，当放电比容量达到一个规定值时（如初始值的80％）的循环次数。

搁置寿命是指在某一特定环境下，没有负载时电池放置后达到所规定指标所需的时间。搁置寿命常用来评价一次电池，对于二次电池，常测试其在高温条件下的存储性能。在指电池在开路状态，某一温度（如80℃）、湿度条件下存放一定时间后的电池性能，主要测其容量保持率和容量恢复率，检测其气涨情况等。

存储时发生的容量下降的现象叫电池的自放电。自放电速率是单位时间内容量降低的百分数。