機器人用12v圓柱鋰電池充（chōng）電和放電方法（fǎ）
【研究（jiū）背景】
自1991年商業化以來，可（kě）充鋰（lǐ）離子電池（LIBs）在便攜式電（diàn）子設備（bèi）、電動汽車和智能電網等領域占據了儲能市場的主導地位。然而，到目前為止（zhǐ）獲得的電池能量密度仍然不能滿（mǎn）足日益增長（zhǎng）的儲能需求，特別是對於續（xù）航裏程超過（guò）500公（gōng）裏的遠程電動汽車而（ér）言。盡管不同類型（xíng）的電池（高電壓LIBs、Li-S電池（chí）和鋰金屬電池）已經得到（dào）了廣泛的研究，但能量密度超過300 Wh kg-1仍然具有挑戰性。除了考慮電（diàn）極材料容量外，還需（xū）要考慮電池的其（qí）他參數，例如：麵積載量密度（dù）、正極和負（fù）極之間（jiān）的電壓差、初始容量和初始庫侖效率。
邦力威（無錫）能（néng）源有限公司是無錫匯眾偉業電氣（qì）有（yǒu）限公司投資的專業生產和銷售鋰離子電池的廠家，產品被廣泛應用在無人機，掃地機，AGV，電（diàn）動自行車（chē），電動汽車等（děng）領域。
【成果簡介】
最近，中科院長春應化所明軍研究（jiū）員，漢陽大學Yang-Kook Sun教授和阿卜杜（dù）拉（lā）國王科技大學Husam N. Alshareef教授（shòu）（共同（tóng）通訊作（zuò）者）提出了一種新的經驗模型，該模型除了考慮電極容（róng）量外，還考慮了多個設計參數，包（bāo）括麵積載量密度、電壓差、初始（shǐ）容量平衡以及初始庫侖（lún）效率來估計可實現的能量密度。使用該方法用於預測電池能量密度，可達實現300 Wh kg-1以上。同時該模型表明，電極材料的儲鋰容量隻是影響最終電池能量密度的幾（jǐ）個重要因（yīn）素之一（yī）。本文（wén）的模型打（dǎ）破了傳統（tǒng）估計電池能量密度的模式，為設計（jì）更高能量密度的（de）電池提供了一個（gè）直接（jiē）的指（zhǐ）導（dǎo）。相關研究成果（guǒ）以“An Empirical Model for the Design of Batteries with High Energy Density”為題發表在（zài）ACS Energy Lett.上。
【核心內容】
一、模型的描述
在傳統的認識中，鋰離（lí）子電池的能量密度（E）在很大程度上可以由其電極材料決定：
其中，Q和m是（shì）電池的容量和質量，變量U是正（zhèng）極和負極之間的電位差，這與正負極（jí）和基本電子電荷的費米能級有關，然而，電（diàn）子在真空水平上（費米能水（shuǐ）平）的電位與實（shí）際不一樣。此外，雖然電壓差可以用兩個電極中Li的電位差來表示，但電壓差隨電池充電狀態（tài）（SOC）的變化而變化。因此，引入了平均電壓差（ΔU）來簡化E的計算，變量Q表示電池容量，由Q=Cpmp可以計算出電池容量（liàng），其中Cp和（hé）mp分別表示正極的（de）可逆比容量和總質量載量，E的表達式可以（yǐ）寫成：
其（qí）中，常數（shù）k代表為k=（mp+mn）/m。因此，E的表達式可以寫成：
K的大小（xiǎo）受很多的（de）因素（sù）的影響，如電極材料特（tè）性（顆（kē）粒大小，比表麵積）、電極製備過程（麵積載量（liàng）密度、壓實密度）、隔膜、集流體和（hé）包裝工藝。因此，k值是一個通用常（cháng）數（shù），可以用於不同類型的電池，目前很難（nán）直接計算k值。但是，可以（yǐ）通過（guò）當前LIBs的實際能量密度得到一個經驗值（zhí）。
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最後，引入了正極和負極之間的平衡初始容（róng）量（χ），其中χ=Cnmnεp/Cpmpεn，將其引入公式3：
當χεn/εp=1.1時，這意味著負極的可（kě）逆容量比正極高10%，這是目前大多數電（diàn）池設計中所要求的。
圖1. LIBs示意圖和能夠影響其能量密度的因素。（a）電池示（shì）意圖及其（qí）參數；（b）運用簡單模型實現（xiàn）高能（néng）量密度的方法。
