克容量是指電池電極活性物質(zhì)中的鋰離子全部參與電化學(xué)反應(yīng)所能釋放出的電容量與活性物質(zhì)的質(zhì)量之比。

克容量是針對電池活性物質(zhì)的概念，電池活性物質(zhì)包括：可做正極材料的鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰等，可做負(fù)極材料的石墨。

克容量可以被理解為每克活性物質(zhì)所含的電容量，通?？巳萘繂挝皇呛涟矔r每克（mAh/g）。有時克容量也可被稱為比容量。

電荷量和法拉第常數(shù)是理論克容量相關(guān)的兩個概念。

電荷量表示電荷的多少，單位是庫侖（C）。如果導(dǎo)線載有1安培（A）的穩(wěn)定電流，則在1秒內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面積的電量為1庫侖（C），根據(jù)上述定義，可得出如下公式：

1A×1s=1C

根據(jù)1A=1000mA，1s=1/3600h，可以得出：

1mAh=3.6C

圖片來源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》

法拉第常數(shù)（F）是指每摩爾電子所攜帶的電荷量，單位是C/mol。法拉第常數(shù)等于阿伏伽德羅常數(shù)（1摩爾的粒子個數(shù)，NA=6.02214×1023mol-1）與元電荷電量（e=1.602176×10-19C）之積。經(jīng)計(jì)算，法拉第常數(shù)等于96485C/mol。

圖片來源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》

在鋰離子電池中，一個鋰離子對應(yīng)一個電子，鋰離子和電子所攜帶的電荷量相等。

下文以鈷酸鋰（LiCoO2）為例計(jì)算理論克容量：

鈷酸鋰（LiCoO2）的摩爾質(zhì)量是97.8728g/mol（可根據(jù)Li、Co、O的相對原子質(zhì)量加和近似得出。）

圖片來自網(wǎng)絡(luò)

則1g鈷酸鋰（LiCoO2）物質(zhì)的量（物質(zhì)的量是表示物質(zhì)含有粒子數(shù)的量，符號為n）。

n=1g/（97.8728g/mol）=0.01021734332mol

則1g鈷酸鋰（LiCoO2）提供電荷量等于鈷酸鋰（LiCoO2）物質(zhì)的量乘以法拉第常數(shù)，即：

0.01021734332mol×96485C/mol=985.82C

換算成mAh為單位表示：

985.82/3.6=274mAh

即鈷酸鋰（LiCoO2）材料的理論克容量為274mAh/g。

總結(jié)以上計(jì)算過程，得出如下公式：

理論克容量=（1/摩爾質(zhì)量）×Li計(jì)量個數(shù)×法拉第常數(shù)×（1/3.6）

個人理解：Li計(jì)量個數(shù)表示材料容納最多數(shù)量的鋰原子時的化學(xué)式中可移動鋰元素的個數(shù)。摩爾質(zhì)量表示材料容納最多數(shù)量的鋰原子時，化學(xué)式中各元素相對原子質(zhì)量之和，正極材料的相對原子質(zhì)量之和包含可移動的鋰元素，負(fù)極材料的相對原子質(zhì)量之和不包含可移動的鋰元素。

下文計(jì)算磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極材料、石墨負(fù)極材料、硅負(fù)極材料的理論克容量：

（1）磷酸鐵鋰正極材料

磷酸鐵鋰（LiFePO4）的摩爾質(zhì)量為157.756g/mol，根據(jù)理論克容量公式計(jì)算：

理論克容量=（1/157.756）×1×96485×（1/3.6）=170mAh/g

即磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極材料的理論克容量為170mAh/g。

（2）石墨負(fù)極材料

石墨（C）負(fù)極中，當(dāng)鋰嵌入量最大時，形成鋰碳層間化合物，化學(xué)式為LiC6，即6個碳原子結(jié)合一個鋰原子。六個碳（C）的摩爾質(zhì)量為72.066g/mol（不包含可移動的鋰元素），根據(jù)理論克容量公式計(jì)算：

理論克容量=（1/72.066）×1×96485×（1/3.6）=372mAh/g

即石墨負(fù)極材料的理論克容量為372mAh/g

（3）硅負(fù)極材料 硅作為電池負(fù)極時，與鋰發(fā)生如下合金化反應(yīng)：

5Si+22Li++22e-Li22Si5

生成的產(chǎn)物為Li22Si5，5個硅的摩爾質(zhì)量為140.4g/mol（不包含可移動的鋰元素），5個硅原子結(jié)合22個鋰原子，因此硅負(fù)極材料的理論克容量為：

理論克容量=（1/140.4）×22×96485×（1/3.6）=4200mAh/g

審核編輯：劉清