锂离子电极理论容量的计算

在嵌锂过程中,Li + 通过电解液到达负极的活性物质表面,

在负极上得到自由电子,形成锂原子后沉积到负极表面,之

后锂原子从负极材料的表面扩散到负极材料的内部,发生合金

化反应。这个过程对应于外电路的放电过程;反之,在高电位

下,锂原子由于化学性质活泼而在负极表面失去电子,形成

Li + ,并在电场作用下迁移至正极;负极内部的锂原子扩散到负

极表面,对于负极而言发生了合金的分解,这个过程对应于外电路的充电过程。

对于石墨电极,在电池充放电过程中,锂在石墨片层间实

现嵌脱过程,并形成锂碳嵌入化合物LiC6 。Li + 在层状石墨中

的嵌脱反应只会引起层间距的变化,不会破坏晶体结构。

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。石墨的最大理论容量为26.8/(12*6)=0.372Ah，即约372mAh/g。其中26.8单位为Ah，由电子电量*阿伏伽德罗常数/3600得到，表示1mol电子所带电量，除以3600是把电量单位由库伦化为Ah。其他材料的理论比容量也可按此计算。

常常看见文献上说该材料的理论电容量是多少mA h/g

下面给出理论计算方法：

1mol正极材料Li离子完全脱嵌时转移的电量为96500C（96500C/mol是法拉第常数）

由单位知mAh/g指每克电极材料理论上放出的电量：1mA·h＝1×（10^-3）安培×3600秒＝3.6C

以磷酸锂铁电池LiFePO4为例：

LiFePO4的分子量是157.756g/mol, 所以他的理论电容量是

96500/157.756/3.6=170 mA h/g

关于法拉第常数

法拉第常数（F）是近代科学研究中重要的物理常数，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。尤其在确定一个物质带有多少离子或者电子时这个常数非常重要。法拉第常数以麦可·法拉第命名，法拉第的研究工作对这个常数的确定有决定性的意义。

一般认为此值是96485.3383±0.0083C/mol，此值是由美国国家标准局所依据的电解实验得到的，也被认为最具有权威性。

最早法拉第常数是在推导阿伏伽德罗数时通过测量电镀时的电流强度和电镀沉积下来的银的量计算出来的。

在物理学和化学，尤其在电化学中法拉第常数是一个重要的常数。它是一个基本常数，其值只随其单位变化。在电解、电镀、燃料电池和电池等涉及到物质与它们的电荷的工艺中法拉第常数都是一个非常重要的常数。因此它也是一个非常重要的技术常数。

在计算每摩尔物质的能量变化时也需要法拉第常数，一个例子是计算一摩尔电子在电压变化时获得或者释放出的能量。在实际应用中法拉第常数用来计算一般的反应系数，比如将电压演算为自由能。