高爾夫汽車用48v圓柱鋰電池充電和（hé）放電方法

【研究（jiū）背景】

自1991年商業化以來（lái），可（kě）充鋰離子電池（LIBs）在便攜式電子設備、電（diàn）動汽車和智能電網等領域占據（jù）了儲能市場的主（zhǔ）導地位。然而，到目前為止獲得的電池能量密度（dù）仍然不能滿足（zú）日益增長的儲能需求，特別是對於（yú）續航裏程超過500公裏的遠程電動汽車而言（yán）。盡管不同類型的電池（高（gāo）電壓LIBs、Li-S電池和鋰金屬電池）已經得（dé）到了廣泛的研究，但（dàn）能（néng）量密度超過300 Wh kg^-1仍然具（jù）有挑戰（zhàn）性。除了考慮電極材料容量外（wài），還需要考慮電池的其他參數，例如：麵積載量密度、正極和負極之間的電壓差（chà）、初始容量（liàng）和初始（shǐ）庫侖效率（lǜ）。

 什麽是鋰（lǐ）電池的壓（yā）降，邦力威鋰電池（chí）在放電後期很小。

【成果（guǒ）簡（jiǎn）介】

最近，中科院長（zhǎng）春應化所明軍研究員，漢陽大學Yang-Kook Sun教授（shòu）和阿卜（bo）杜拉國王科（kē）技大學Husam N. Alshareef教授（共同通訊（xùn）作（zuò）者）提出了一（yī）種新的經（jīng）驗模型，該模型除了考慮電極容量外，還考慮了多個設計參數（shù），包括麵積載量密度、電（diàn）壓差、初始容量平（píng）衡以及初始庫侖效率來估計可實現的能量密度。使用該方法用於（yú）預測電池能量密度，可達實（shí）現300 Wh kg^-1以上。同（tóng）時該模（mó）型表明（míng），電極材料的儲（chǔ）鋰容量隻是影響（xiǎng）最終電池能量（liàng）密度的幾個重要（yào）因素之一。本文的模型打破了傳統估計電（diàn）池能量密度的模式，為設計更高能量密度的電池提供了一個直接的指導。相關研究成果以“An Empirical Model for the Design of Batteries with High Energy Density”為題發表在ACS Energy Lett.上。

【核心內容】

一、模型的描述

在（zài）傳（chuán）統（tǒng）的認識中，鋰離子電池的（de）能量密度（E）在很大程度上可以由其電極材料決定（dìng）：

其中，Q和m是電池的容量和質量，變量U是正極和負極之間的電位差，這與正負極和基本電子電（diàn）荷的費米能（néng）級有關，然而，電子（zǐ）在（zài）真空水平上（shàng）（費米能水平）的電位與實際（jì）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（SOC）的變（biàn）化而變化。因此，引入了平均電壓差（ΔU）來簡化（huà）E的計（jì）算，變量Q表示電池容量，由Q=C_pm_p可以計算出電池（chí）容量，其中（zhōng）C_p和m_p分別表示（shì）正極的可逆比容量和總質量載量，E的表（biǎo）達式可以寫成：

其中，常數k代表為k=（m_p+m_n）/m。因此，E的表達式（shì）可（kě）以寫（xiě）成：

K的大小受很多的因素的影響，如電極材料（liào）特性（顆粒大小，比表麵積）、電極製備過程（麵積（jī）載（zǎi）量密度、壓（yā）實密度）、隔膜、集流體和包裝工藝。因此，k值是一個通用常數，可以用於不同（tóng）類型的電（diàn）池，目前很難（nán）直接計算k值。但是，可以通過當前LIBs的實際能量密度得到一個經（jīng）驗（yàn）值（zhí）。

為什麽恒壓（yā）限（xiàn）流充電的時候電流是逐漸減小的

最後，引入（rù）了正極和負極之間（jiān）的平衡初始容量（χ），其中χ=C_nm_nε_p/C_pm_pε_n，將其引入公式3：

當χε_n/ε_p=1.1時，這意（yì）味著負（fù）極的可逆容量比正（zhèng）極高10%，這是目前（qián）大多數電池設計中所要求的。

圖1. LIBs示意圖和（hé）能夠影響其能量密（mì）度的因素。（a）電池示意圖及其參數；（b）運用簡單模型實（shí）現高能量密度的（de）方法。