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导读
在设计锂电池时，正确计算正负极容量合理的配比系数非常重要 。对于传统石墨负极锂离子电池，电池充放电循环失效短板主要在于负极侧发生析锂、死区等，因此通常采用负极过量的方案 。
在设计锂电池时，正确计算正负极容量合理的配比系数非常重要 。对于传统石墨负极锂离子电池，电池充放电循环失效短板主要在于负极侧发生析锂、死区等，因此通常采用负极过量的方案 。在这种情况下，电池的容量是由正极容量限制，负极容量/正极容量比大于1.0（即N/P 比>1.0） 。如果正极过量，在充电时，正极中出来的多余的锂离子无法进入负极，会在负极表面形成锂的沉积以致生成枝晶，使电池循环性能变差，也会造成电池内部短路，引发电池安全问题 。因此一般石墨负极锂电池中负极都会略多于正极，但也不能过量太多，过量太多会消耗正极中的锂；另外也会造成负极浪费，降低电池能量密度，提高电池成本 。
对于钛酸锂负极电池，由于LTO负极结构较稳定，具有高的电压平台，循环性能优异且不会发生析锂现象，循环失效原因主要发在正极端，电池体系设计可取的方案是采用正极过量，负极限容（N/P 比
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图1、石墨负极不足和负极过量时电池性能趋势图
传统石墨负极锂离子电池 N/P比的计算实例
N/P比（Negative/Positive）是指负极容量和正极容量的比值,其实也有另外一种说法叫CB（cell Balance） 。
一般情况下，电池中的正负极配比主要由以下因素决定：
①正负极材料的首次效率：要考虑所有存在反应的物质，包括导电剂，粘接剂，集流体，隔膜，电解液 。
②设备的涂布精度：现在理想的涂布精度可以做到100%，如果涂布精度差，要加以考虑 。
③正负极循环的衰减速率：如果正极衰减快，那么N/P比设计低些，让正极处于浅充放状态，反之如果负极衰减快，那么N/P比高些，让负极处于浅充放状态
④电池所要达到的倍率性能 。
N/P的计算公式：N/P=负极面密度×活性物质比率×活性物质放电比容量/正极面密度×活性物质比率×活性物质放电比容量
举例来说：LiCoO2在4.2～3.0V电压范围，25℃下，首轮充放电效率为95％左右，三元材料首放充放电效率在86％～90％之间 。表1为商业NCM111的1C放电前三个充放电循环的质量比容量 。
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表1 商业NCM111电池前三个充放电循环比容量
在使用材料配比前，可以根据材料厂家提供的首轮效率数据进行计算 。如果厂家没有提供，最好先用扣式半电池测试材料的首轮效率，以便做正负极配比计算 。
石墨负极的锂电池正负极配比可以按照经验公式N/P=1.08来计算，N、P分别为负极和正极活性物质的质量比容量，计算公式如式（1）和式（2）所示 。负极过量有利于防止电池过充时带来的锂在负极表面的沉积，有利于提高电池的循环寿命和安全性 。
N=负极面密度×活性物质比率×活性物质放电比容量（1）
P=正极面密度×活性物质比率×活性物质放电比容量（2）
假设正极面密度为200mg·cm–2，活性物质比率为90％，放电比容量为145mA·h·g–1，那么P=200mg·cm–2×0.9× 145 mA·h·g–1 = 26.1 mA·h·cm–2 。假设负极活性物质比率为95％，放电比容量为320mA·h·g–1，那么负极的面密度设计为93 mg·cm–2较为合适，此时N=93mg·cm– 2×0.95× 320 mA·h·g–1 = 28.3mA·h·cm–2,N/P=1.084 。
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