锂电池正负极材料克容量怎么检测？克容量怎么计算？附上结果分析

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在能源储存与转换领域，锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命和低自放电率而备受瞩目。而决定锂离子电池性能的关键因素之一，便是其正负极材料的克容量。那么，什么是克容量？又如何检测锂离子正负极材料的克容量呢？下文会对克容量实验进行大致介绍。

克容量，简单来说，就是电池内部活性物质所能释放出的电容量与活性物质的质量之比。对于锂离子电池来说，正负极材料中的活性物质通过与锂离子发生化学反应来储存或释放电能。因此，克容量的大小直接决定了电池的能量密度和循环寿命。

将提供的正极或负极材料作为工作电极，与实验室的参比电极，制成半电池，利用电化学工作站，设定0.1C充放电倍率充电到规定电压充电，然后以充放电倍率放电到规定电压，Rest 5min，循环1/2次。

克容量计算方式以及公式：

克容量 = 电容量（mAh） / 活性物质质量（g）

例如，如果一个电极材料能释放1000mAh的电量，且其活性物质的质量为10g，那么其克容量就是100mAh/g。

 

测试概念

首次可逆比容量是指以0.1C倍率电流放电时首次可逆比容量；

首次库仑效率是指以0.1C倍电流充放电时首次可逆比容量/首次充电比容量；

倍率性能是指1C倍率电流充放电时相对于0.1C倍率电流充放电的可逆比容量保存率；

 

测试原理

使用参比电极-锂片、工作电极-以正极材料和负极材料作为工作电极组装半电池，利用电化学工作站测试得到的半电池曲线就是活性材料相对锂片的标准电位曲线，因为锂片在充放电过程中的电位不会发生变化。将正极电位曲线与负极电位曲线作差就能得到全电池的充放电曲线。

 

测试资料

充电过程中，锂离子从正极脱嵌并析出在负极金属锂片上；放电时，金属锂片在失去电子后形成锂离子并从电解液穿过，然后再嵌入到正极中。半电池的首次充电容量要略高于首次放电容量，也就是说，充电时从正极脱嵌的锂离子，并没有100%在放电时回到正极。而首次放电容量/首次充电容量，就是半电池的首次效率。

锂电池正极材料电位与负极材料电位之差称为电势差，或称为电压在电池充放电过程中，电压曲线的变化没有任何的规律，无法通过简单的线性或多项式关系进行拟合，通常是进行实验来测试全电池曲线，浪费物料资源和时间资源且实验过程可能出现异常导致无法得出正确的结论。只对正负极半电池曲线进行组合就能得到全电池充放电的曲线情况以及负极不同过量情况下，对克容量发挥的影响，从而找到一个最佳的性能平衡点，而无需进行大量的实验。

充放电倍率是指充放电倍率=充放电电流/额定容量

例如：额定容量为100A·h的电池用20A放电时，其放电倍率为0.2C。电池放电C率，1C,2C,0.2C是电池放电速率：表示放电快慢的一种量度。所用的容量1小时放电完毕，称为1C放电；5小时放电完毕，则称为1/5=0.2C放电。一般可以通过不同的放电电流来检测电池的容量。对于24A·h电池来说，2C放电电流为48A,0.5C放电电流为12A

 

结果分析

钴酸锂比容量曲线-图片源自网络

 

钴酸锂-图片源自网络

 

石墨比容量曲线-图片源自网络

 

石墨-图片源自网络