圆柱型锂离子电池设计公式
常用锂电参数与计算公式、中英对照
常用锂电参数与计算公式、中英对照（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：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 ×1023mol-1与元电荷e=1.602176 ×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:LiFePO4摩尔质量157.756 g/mol，其理论容量为：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：对于硅负极，由5Si+22Li++22e- Li22Si5 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：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×理论容量（2）电池设计容量电池设计容量=涂层面密度×活物质比例×活物质克容量×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。
常用锂电参数与计算公式
常用锂电参数与计算公式其中，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某1023mol-1与元电荷e=1.602176某10-19C的积，其值为96485.3383±0.0083C/mol故而，主流的材料理论容量计算公式如下:LiFePO4摩尔质量157.756g/mol，其理论容量为：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278mAh/g,LiCoO2摩尔质量97.8698g/mol，如果锂离子全部脱出，其理论克容量274mAh/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72.066g/mol，石墨的最大理论容量为：对于硅负极，由5Si+22Li++22e-↔Li22Si5可知，5个硅的摩尔质量为140.430g/mol，5个硅原子结合22个Li，则硅负极的理论容量为：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=锂离子脱嵌系数某理论容量（2）电池设计容量电池设计容量=涂层面密度某活物质比例某活物质克容量某极片涂层面积其中，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某负极面密度某负极活性物含量比÷（正极活性物质克容量某正极面密度某正极活性物含量比）石墨负极类电池N/P要大于1.0，一般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。
锂离子电池设计公式
Rev. A Model Capacity Battery Thickness Battery width Battery length Impedance Can thickness Can wall thickness Can bottom thikness Can lid thickness PP film thickness Ni (AL) tab thickness Battery width Can width margin Can length Can cross area L/T Winding pin width Can Side residue Layers Naked battery thickness Naked battery width Naked battery length Cathode formulation Cathode material specific capacity Cathode loading Cathode area density Cathode bulk density Cathode weight Cathode thickness Cathode elongation rate Cathode actual length Cathode design length Cathode width Cathode Scratched area width Al foil density Al foil thickness Cathode weight Separator thickness Separator length Separator width Separator density Separator weight Anode formulation Anode material specific capacity Anode loading Anode area density Anode bulk density Anode thickness Anode length 0 4 0.0 0.0 0.0 4297.0 0.0 0.25 0.5 1.3 0.3 0.1 (0.3) 0.3 -1.3 1 85.0% -2.3 2.0 -1.3 -0.425 -2 -4 93.5% 130 0.03 410.00 4100000.0 0.03 0.1200 1.80% 7 7 (6.0) 2 56 0.02 0.03 0.025 (12) (3) 10.81 0.00 92.50% 350 0.0 169.3 1550000.0 0.121242097 (6) mAh mm mm mm mohm mm mm mm mm mm mm mm mm mm^2 mm mm Layer mm mm g g/m^2 g/m^3 g mm mm mm mm g/m^2 mm g mm 19.02133 mm g/m^2 g mah/g g g/m^2 g/m^3 mm mm
锂离子电池能量密度计算公式
锂离子电池能量密度计算公式锂离子电池是一种广泛应用于便携式电子设备、电动车、太阳能储能等领域的电池。
在大规模应用场景中，一款电池的能量密度往往是衡量其性能的一个关键指标。
本文将介绍锂离子电池能量密度的概念及其计算公式。
一、能量密度的概念能量密度是指在单位体积或单位质量下储存的能量量。
在电池的领域中，我们更常用的是单位质量下的能量密度，即电池的能量容量（单位：Wh/kg）。
能量容量是指电池在放电过程中所释放的能量与电池质量的比值。
因此，能量密度越高，电池的能量容量就越大，电池在同等质量或体积下所提供的能量也就越多。
二、计算公式那么，我们如何计算锂离子电池的能量密度呢？计算公式如下：能量密度（单位：Wh/kg）= 电池额定容量（单位：Ah）× 电池平均工作电压（单位：V）/ 电池质量（单位：kg）其中，电池的额定容量是指电池能够在一定的标准条件下（通常是20℃、1C放电）放电的时间。
例如，一款电池的额定容量为10Ah，则表示该电池在20℃环境下，以1C 电流放电时，在10小时后将耗尽其能量。
而电池的平均工作电压则是指电池的电压在放电过程中的平均值，一般是指电池在卸电中的平均输出电压。
此外，电池质量则是指电池本身的重量（不包括外壳等其他组件）。
值得注意的是，能量密度的计算公式中，电池质量可能会包含一些额外的因素，例如用于保护电池的包装材料、电池壳体等组件的重量。
在实际应用中，我们需要根据实际情况进行调整，以保证能量密度的准确性。
三、影响能量密度的因素影响锂离子电池能量密度的因素有很多，这里介绍几个比较重要的因素。
1.正极材料的选择锂离子电池的正极材料是决定电池能量密度的关键因素之一。
目前市场上主要有三种材料可供选择：钴酸锂、三元材料、铁锂等。
其中，钴酸锂的能量密度最高，但是价格较贵；三元材料则比钴酸锂稍微贵一些，能量密度相对也低一些；而铁锂则价格相对便宜，但能量密度也较低。
2.电池电芯设计结构电池电芯的设计结构对能量密度也有很大的影响。
圆柱形锂离子电池构造
圆柱形锂离子电池是一种常见的二次电池，其构造主要由正极、负极、隔膜、电解液和外壳组成。
1. 正极：通常采用的是富锂材料，比如三元材料（LiNiCoMnO2）或者钴酸锂（LiCoO2），正极材料需要与电解液中的锂离子进行反应，产生电子并向负极输送。
2. 负极：通常采用石墨材料，负极材料能够与电解液中的锂离子发生化学反应，吸收锂离子，并在放电的过程中释放锂离子。
3. 隔膜：通常采用聚烯烃等高分子材料制成的多孔隔膜，隔膜可以防止正负极直接接触，同时也起到了锂离子传输的作用。
4. 电解液：通常采用有机溶剂和锂盐组成的电解质，能够承载锂离子并提供导电作用。
5. 外壳：通常采用金属材料或者高强度塑料材料制成的圆柱形容器，能够保护内部组件并承受外部力量。
外壳通常有正极和负极的两个端子，用于与外部电路连接。
圆柱形锂离子电池构造简单、体积小巧，适合应用于消费类电子产品、电动工具等领域。
圆柱锂离子电池配组标准
版本：A0试行页码：第1 页共3页版本修订内容文件更改申请单NO：A0 新版发行批准/日期审核/日期制定/日期版本：A0试行页码：第2 页共3页1.0目的规范和指导进行锂离子电池配组。
2.0范围适用于本公司生产的锂离子电池和外购的锂离子电池。
3.0定义3.1配组：指电池需要2个或以上数量电池的并联或者串联；3.2自耗电：指单个电池在储存前后的电压相差的数值；3.3电压差：指两个电池或多个电池在同一条件下测试的电压之间的数值差；3.4容量差：指两个电池或多个电池在同一条件下测试的容量之间的数值差；3.5 内阻差：指两个电池或多个电池在同一条件下测试的内阻之间的数值差。
4.0配组方法和要求4.1 配组前容量测试：以CC/CV方式（具体电流可根据测试柜电流范围进行设定）对电池进行充电，然后以1C或0.5C电流放电至电池所要求终止电压，记录每个电池容量。
4.2 充电要求：以0.5C或者1C的电流（具体电流可根据测试柜电流范围进行设定）对电池进行充电，标称电压为3.6V体系的电池充电到3.85V，标称电压为3.2V体系的电池充电到3.3V，然后恒压充电直到电流降至0.01C时结束充电。
4.3 老化储存测电压降和内阻变化：将充电后的电池常温静置超过6-8小时，用万用表（或内阻测试仪）测试电压（精确到0.001V）、内阻，记录测试时间，将电池在常温下储存7天或者12天(具体老化时间可根据客户要求的出货交期决定)，准时取出依序进行电压、内阻的测试，获得自耗电和内阻变化数据。
4.4 配组要求：(1) 18#3.6V体系倍率型号电池配组要求自耗电内阻变化容量差电压差内阻差单电池<1.5mV/天分选之后电池按5mv一个等级分类，见下表<20%(10<内阻<15mΩ)≤1.5% 10mV±15%(10<内阻<15mΩ)=2mΩ<10%(15<内阻<20mΩ)±10%(15<内阻<20mΩ)= 2mΩ分选后电池电压分类 3.830以下3.831┆3.835V3.836┆3.840V3.841┆3.845V3.846┆3.850V3.851┆3.855V3.856┆3.860V3.861┆3.865V3.866┆3.870V版本：A0试行页码：第3 页共3页常温存储7天后电压分类PACK接受标准低电压3.825┆3.835V3.831┆3.840V3.836┆3.845V3.841┆3.850V3.846┆3.855V3.851┆3.860V3.856┆3.865V3.860┆3.870V备注：电压在同一档次，贮存7天后降2个档次的可配组，如同一档次内没有电池配组可向临进档次贮存7天后降2个档次配组（电压差必须在10mV内）；电压在同一档次，贮存7天后降1个档次的可配组，如同一档次内没有电池配组可向临进档次配组（电压差必须在10mV内）自耗电内阻变化容量差电压差内阻差单电池<1mV/天分选之后电池按5mv一个等级分类，见下表<10%(40<内阻<60mΩ)≤1.5% 5mV±10%(40<内阻<60mΩ) =5mΩ<8%(60<内阻<85mΩ)±8%(60<内阻<85mΩ) =5mΩ分选后电池电压分类 3.830以下3.831┆3.835V3.836┆3.840V3.841┆3.845V3.846┆3.850V3.851┆3.855V3.856┆3.860V3.861┆3.865V3.866┆3.870V常温存储7天后电压分类PACK接受标准低电压3.825┆3.835V3.831┆3.840V3.836┆3.845V3.841┆3.850V3.846┆3.855V3.851┆3.860V3.856┆3.865V3.860┆3.870V备注：电压在同一档次，贮存7天后降2个档次的可配组，如同一档次内没有电池配组可向临进档次贮存7天后降2个档次配组（电压差必须在5mA内）；电压在同一档次，贮存7天后降1个档次的可配组，如同一档次内没有电池配组可向临进档次配组（电压差必须在5mV内）(3) 18#3.2V体系电池配组要求自耗电内阻变化容量差电压差内阻差单电池<1.5mV/天分选之后电池按5mv一个等级分类，见下表<20%(10<内阻<20mΩ)≤1.5% 10mV±15%(10<内阻<20mΩ) =3mΩ<10%(20<内阻<30mΩ)±10%(内阻20mΩ-30 mΩ) =3mΩ版 本： A0试行 页 码：第 4 页 共 3页分选后电池电压分类3.320 V 以下3.321 ┆ 3.325V3.326 ┆ 3.330V 3.331 ┆ 3.335V 3.336 ┆ 3.340V 3.341 ┆ 3.345V 3.346 ┆ 3.350V 3.351 ┆ 3.355V 3.356 ┆ 3.360V 常温存储7天后电压分类PACK 接受标准低电压3.316 ┆ 3.320V3.321 ┆ 3.330V3.326 ┆ 3.335V3.331 ┆ 3.340V3.336 ┆ 3.340V3.341 ┆ 3.350V3.346 ┆ 3.355V3.351 ┆ 3.360V备注：电压在同一档次，贮存7天后降2个档次的可配组，如同一档次内没有电池配组可向临进档次贮存7天后降2个档次配组（电压差必须在10mV 内）；电压在同一档次，贮存7天后降1个档次的可配组，如同一档次内没有电池配组可向临进档次配组（电压差必须在10mV 内）4.5配组后电池组测试要求组内电压差异可以根据电池组单体动态压降和静态压降表示 压降标准：动态压差小于等于20mV,静态压差小于等于100mV 动态压降定义：配对电池组放电过程中采样单体电压的极差静态压降定义：配对电池组放电工步结束后5-10min 采样单体电压的极差单体电压1(mV)单体电压2(mV)单体电压3(mV)单体电压最大值单体电压最小值单体电压的极差382138243823382438213824-3821=3………38173823828 (3815)38263829………单体电压1(mV)单体电压2(mV)单体电压3(mV)单体电压最大值单体电压最小值单体电压的极差326231653188326231653262-3165=91.........306730723095 (30693075)3098………静态压降工步单体采样数据可以计算的数据3.搁置2.恒流放电工步单体采样数据可以计算的数据动态压降。
锂电池极片设计理论公式
锂电池极片设计理论
在确定生产何种电池时，首先需要对电池进行理论计算，如配方、理论容量、极片长宽、敷料面密度及压实、电解液注液量等等。
下面先简单扼要推论电芯的设计。
下面的公式暂不讨论延伸率、反弹率、极耳体积、胶纸体积、极耳间隙位体积、留白体积、面垫体积等。
下面以圆柱型电池为例
首先定义正极片（正极为控制电极，即负包正设计）
⏹壳内径=R
⏹设计容量=C
⏹正极活性物比例=a正
⏹正极克容量=C’正
⏹正极宽度=W正
⏹正极压实密度=P正
⏹正极面密度=A正
⏹正集流体厚度=H正
计算出
壳体横截面积=П R2 (1)
正极片长度=C/C’/A
正/W
正
/C’
正
/2 (2)
正极片厚度=A
正/P
正
+H
正
(3)
负极过量比N/P=1.1 负极活性物比例=a负负极克容量=C’负
负极宽度=W负
负极压实密度=P负负极面密度=A负
负集流体厚度=H负负包正长=H’
负极片长度=正极片长度+H’ (4)
负极片厚度= A
负/P
负
+H
负
(5)
隔膜厚度=H隔膜
入壳率=
[正极片长度*正极片厚度+负极片长度*负极片厚度+2H隔膜*（负极片长度+2П R）]/ П R2 (6)
注：入壳率≈98%。
常用锂电池参数、设计、计算公式及应用解析
常用锂电池参数、设计、计算公式及应用解析一、锂电池设计及计算公式（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：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 ×1023mol-1与元电荷e=1.602176 × 10-19 C的积，其值为96485.3383±0.0083C/mol。
故而，主流的材料理论容量计算公式如下:LiFePO4摩尔质量157.756 g/mol，其理论容量为：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：对于硅负极，由5Si+22Li++22e- ↔ Li22Si5 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：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×理论容量。
（2）电池设计容量:电池设计容量=涂层面密度×活物质比例×活物质克容量×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。
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项目
数值单位容量
1410.87mAh 内阻
39.75mohm 面积装配比
1.00体积积装配比
0.788重量
33.014N/P
1.08电池壳直径
18.00mm 电池壳高度
51.48电池壳壁厚
0.30mm 电池壳底厚
0.30mm 电池壳封口后容积
10700mm^3电池壳密度
g/mm^3电池壳重量
6.86g 电池盖顶盖厚度
0.40mm 电池盖PTC（镍环厚度）
0.30mm 电池盖防暴阀厚度
0.40mm 电池盖密封圈厚度
1.00mm 电池盖总厚
2.10mm 电池盖重量
1.37g 辊刀直径
1.00mm H1
4.06mm H2
50.06mm H3
45.00mm H4
2.60mm H5
49.00mm Φ1
14.40mm Φ2
18.00mm 正极基体长度
573mm 正极基体宽度
39.92mm 正极基体厚度
0.016mm 正极基体重量
0.99g 正极敷料面密度（延伸
后）
2.33g/dm^2正极极片厚度
0.145mm 正极内圈内面留白宽度
6.00mm 正极内圈外面留白宽度
6.00mm 正极活性物质比例
0.936正极活性物质克容量
143.00正极极片重量
11.53g 正极极片体积
3519mm^3负极基体长度610mm 镀镍钢壳锂离子电池设计
模拟电池壳和盖极片
负极基体宽度41.92mm 负极基体厚度0.01mm 负极基体重量
2.05g 负极敷料面密度（延伸后）
1.07g/dm^2负极极片厚度
0.163mm 负极外圈内面留白长度 6.00mm 负极外圈外面留白长度54mm 负极极片重量7.30g 负极极片体积4375mm^3正极极耳长度55.06mm 正极极耳宽度 3.00mm 正极极耳厚度
0.10mm 正极极耳密度（AL） 2.70g/cm^3正极极耳重量0.04g 正极极耳体积16.52mm^3负极极耳长度54.52mm 负极极耳宽度 4.00mm 负极极耳厚度
0.08mm 负极极耳密度（NI）8.88g/m^3负极极耳重量0.15g 负极极耳体积17.45mm^3正极贴胶纸长度50mm 正极贴胶纸宽度
12.00mm 正极贴胶纸厚度0.06mm 正极贴胶纸面密度0.77g/dm^2正极胶纸重量0.05g 正极胶纸体积36.04mm^3负极贴胶纸长度41.92mm 负极贴胶纸宽度 6.00mm 负极贴胶纸厚度0.06mm 负极贴胶纸面密度0.77g/dm^2负极胶纸重量0.02g 负极胶纸体积15.09mm^3隔膜长度
1306.31mm 隔膜宽度
43.92mm 隔膜厚度
0.025mm 隔膜孔隙率
0.41隔膜面密度
0.142g/dm^2隔膜重量
0.81g 隔膜体积
346.96mm^3终止胶带长度28.26mm 终止胶带宽度21.96mm
极耳胶带膜
绝片
终止胶带厚度0.045mm 终止胶带面密度0.41g/dm^2终止胶带重量0.03g 终止胶带体积27.93mm^3卷针直径 4.00mm 卷绕圈数
17.9r 上绝缘片直径17.00mm 上绝缘片厚度0.20mm 上绝缘片等效孔径 6.00mm 上绝缘片体积39.72mm^3上绝缘片重量0.05g 下绝缘片直径17.00mm 下绝缘片厚度0.20mm 下绝缘片等效孔径 6.00mm 下绝缘片体积39.72mm^3下绝缘片重量
0.05g 上下绝缘片密度（PET） 1.35g/cm^3电解液密度
1.25g/cm^3电解液电导率9.50ms/cm 电解液最大用量
4.74g 电解液最小用量 3.38g
电解液隔膜绝缘片。