高尔夫汽车用48v圆柱锂电池充电和放电方法
【研究背景】
自1991年商业化以来，可充锂离子电池（LIBs）在便携式电子设备、电动汽车和智能电网等领域占据了储能市场的主导地位。然而，到目前为止获得的电池能量密度仍然不能满足日益增长的储能需求，特别是对于续航里程超过500公里的远程电动汽车而言。尽管不同类型的电池（高电压LIBs、Li-S电池和锂金属电池）已经得到了广泛的研究，但能量密度超过300 Wh kg-1仍然具有挑战性。除了考虑电极材料容量外，还需要考虑电池的其他参数，例如：面积载量密度、正极和负极之间的电压差、初始容量和初始库仑效率。
什么是锂电池的压降，邦力威锂电池在放电后期很小。
【成果简介】
最近，中科院长春应化所明军研究员，汉阳大学Yang-Kook Sun教授和阿卜杜拉国王科技大学Husam N. Alshareef教授（共同通讯作者）提出了一种新的经验模型，该模型除了考虑电极容量外，还考虑了多个设计参数，包括面积载量密度、电压差、初始容量平衡以及初始库仑效率来估计可实现的能量密度。使用该方法用于预测电池能量密度，可达实现300 Wh kg-1以上。同时该模型表明，电极材料的储锂容量只是影响最终电池能量密度的几个重要因素之一。本文的模型打破了传统估计电池能量密度的模式，为设计更高能量密度的电池提供了一个直接的指导。相关研究成果以“An Empirical Model for the Design of Batteries with High Energy Density”为题发表在ACS Energy Lett.上。
【核心内容】
一、模型的描述
在传统的认识中，锂离子电池的能量密度（E）在很大程度上可以由其电极材料决定：
其中，Q和m是电池的容量和质量，变量U是正极和负极之间的电位差，这与正负极和基本电子电荷的费米能级有关，然而，电子在真空水平上（费米能水平）的电位与实际不一样。此外，虽然电压差可以用两个电极中Li的电位差来表示，但电压差随电池充电状态（SOC）的变化而变化。因此，引入了平均电压差（ΔU）来简化E的计算，变量Q表示电池容量，由Q=Cpmp可以计算出电池容量，其中Cp和mp分别表示正极的可逆比容量和总质量载量，E的表达式可以写成：
其中，常数k代表为k=（mp+mn）/m。因此，E的表达式可以写成：
K的大小受很多的因素的影响，如电极材料特性（颗粒大小，比表面积）、电极制备过程（面积载量密度、压实密度）、隔膜、集流体和包装工艺。因此，k值是一个通用常数，可以用于不同类型的电池，目前很难直接计算k值。但是，可以通过当前LIBs的实际能量密度得到一个经验值。
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最后，引入了正极和负极之间的平衡初始容量（χ），其中χ=Cnmnεp/Cpmpεn，将其引入公式3：
当χεn/εp=1.1时，这意味着负极的可逆容量比正极高10%，这是目前大多数电池设计中所要求的。
图1. LIBs示意图和能够影响其能量密度的因素。（a）电池示意图及其参数；（b）运用简单模型实现高能量密度的方法。
