一种电池理论能量密度的计算方法和系统与流程

本发明属于电池，具体涉及一种电池理论能量密度的计算方法和系统。

背景技术：

1、锂离子电池由于具有体积小、质量轻、能量密度高和无污染等优势，被广泛应用于新能源汽车中。能量密度(energydensity)是指在单位一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池的能量密度越大，单位体积、或重量内存储的电量越多，用于新能源汽车中将获得更大的续航。因此，合理掌握电芯的能量密度对于计算模组的能量密度和整车的能量密度显得尤为重要。

2、锂离子电池能量密度由正极所决定，建立正极与电池的能量密度的关系，根据正极参数，通过理论计算电池能量密度，有助于了解不同体系电池的理论极限，为估算实际电池的能量密度，开发新的电极材料、电池体系，了解化学储能器件能量密度的极限提供一定的理论参考依据。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述问题，提供了一种电池理论能量密度的计算方法和系统，通过测定正极浆料中li元素含量和极片涂覆重量，能够快速准确地计算出多种单体电池理论能量密度，从而为了解不同体系电池的理论极限，开发新的电极材料、电池体系提供了理论参考依据。

2、按照本发明的技术方案，所述电池理论能量密度的计算方法，包括以下步骤，

3、s1：确认正极浆料中正极主材的化学式；

4、s2：测算干燥后正极浆料中的li元素的质量分数，根据正极主材的化学式计算得到正极主材在干燥后正极浆料中所占的质量分数；

5、s3：根据正极主材的克容量和平台电压，计算单位质量的干燥后正极浆料所能释放出的能量；

6、s4：根据卷芯中正极极片涂层的面积以及涂层的单位面积重量，得到卷芯中干燥后正极浆料的用量，计算得到单个卷芯的所能释放的能量；

7、s5：根据电池的质量和电池内卷芯的个数，计算电池的理论能量密度。

8、进一步的，本发明方法适用于各种类型正极主材的电池的理论能量密度计算，所述正极主材可以选自lifepo4、nca(镍钴铝酸锂)和ncm(镍钴锰三元材料，如ncm622、ncm811等)等中的一种。

9、进一步的，所述步骤s2中，对正极浆料进行干燥后消解，得到消解液，对所述消解液进行icp测试，计算得到li元素在干燥后正极浆料(相当于正极极片上的活性材料涂层)中的质量分数。

10、进一步的，通过消解液对干燥后的正极浆料进行消解，所述消解液选自浓硝酸、浓硫酸、高氯酸、过氧化氢、浓盐酸和氢氟酸中的一种或多种。

11、具体的，可以称取0.1-0.4g干燥后极片浆料加入10-50ml所使用的消解液中，在加热板上100-200℃进行消解20-40min。

12、进一步的，所述步骤s2中，根据公式(i)计算正极主材在干燥后正极浆料中所占的质量分数x：

13、x＝x+x(a1m1+a2m2+……+anmn)/6.94ali(i)；

14、其中，x为li元素在干燥后正极浆料中所占的质量分数；

15、a1，a2，…an为正极主材化学式中除li之外各元素的原子数，ali为正极主材化学式中li元素的原子数，m1，m2，……mn为正极主材化学式中除li之外各元素的相对原子质量，6.94为li元素相对原子质量。

16、进一步的，所述步骤s3中，1g干燥后正极浆料所能释放出的能量e1＝qxu/1000，单位为wh；

17、其中，q为正极主材的克容量，单位为mah/g；

18、x为正极主材在干燥后正极浆料中所占的质量分数；

19、u为正极主材在的平台电压，单位为v。

20、进一步的，所述步骤s4中，单个卷芯的所能释放的能量e2＝1000m2se1，单位为wh；

21、其中，m2为正极极片涂层的单位面积重量，单位为kg/mm2；

22、s为正极极片涂层的面积，单位为mm2；

23、e1为1g干燥后正极浆料所能释放出的能量，单位为wh。

24、具体的，将e1＝qxu/1000代入公式e2＝1000m2se1，可得单个卷芯的所能释放的能量e2＝m2sqxu，单位为wh；

25、其中，m2为正极极片涂层的单位面积重量，单位为kg/mm2；

26、s为正极极片涂层的面积，单位为mm2；

27、q为正极主材的克容量，单位为mah/g；

28、x为正极主材在干燥后正极浆料中所占的质量分数；

29、u为正极主材在的平台电压，单位为v。

30、进一步的，所述步骤s5中，电池的理论能量密度h＝ne2/m1，单位为wh/kg；

31、其中，n为电池中电芯的个数；

32、e1为单个卷芯的所能释放的能量，单位为wh；

33、m1为电池整体质量，单位为kg。

34、具体的，将e2＝1000m2se1、e1＝qxu/1000代入公式h＝ne2/m1，可得电池的理论能量密度h＝nm2sqxu/m1，单位为wh/kg；

35、其中，n为电池中电芯的个数；

36、m2为正极极片涂层的单位面积重量，单位为kg/mm2；

37、s为正极极片涂层的面积，单位为mm2；

38、q为正极主材的克容量，单位为mah/g；

39、x为正极主材在干燥后正极浆料中所占的质量分数；

40、u为正极主材在的平台电压，单位为v；

41、m1为电池整体质量，单位为kg。

42、本发明的第二方面提供了一种电池理论能量密度的计算系统，包括：

43、第一获取模块，用于获取正极主材的化学式、克容量和平台电压，以及干燥后正极浆料中的li元素的质量分数；

44、第二获取模块，用于获取卷芯中正极极片涂层的面积以及涂层的单位面积重量；

45、第三获取模块，用于获取电池的质量以及电池内卷芯的个数；

46、计算模块，用于根据第一获取模块、第二获取模块和第三获取模块获取的数据，计算电池的理论能量密度。

47、本发明的第三方面一种电子设备，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行上述电池理论能量密度的计算方法的步骤。

48、本发明的第四方面一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述电池理论能量密度的计算方法的步骤。

49、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明通过测试浆料中锂元素的含量和计算极片的重量，有效准确的计算出锂离子电池能量密度，从而有助于了解不同体系电池的理论极限，为估算实际电池的能量密度，开发新的电极材料、电池体系，了解化学储能器件能量密度的极限提供一定的理论参考依据。