电池能量密度计算工具：锂离子电池、锂金属全固态电池、锂硫液态电池、锂硫准固态电池、镁硫电池

这里分享一个EXCEL工具，可以用于计算电池质量能量密度和体积能量密度，该工具可计算的电池类型包括锂离子电池、锂金属全固态电池、锂硫液态电池、锂硫准固态电池、镁硫电池、双离子电池等。

一般地，计算电池能量密度可以分为以下6个步骤：

①确定材料的理论容量和电压；

②确定材料的实际容量和电压，考虑到正负极之间的容量比n/p；

③计算理论所需的电解液量，锂离子电池、全固态电池和锂硫准固态电池孔隙内全部填充电解质，双离子电池需要确定盐浓度，锂硫电池和镁硫电池设定理论电解液与硫的比值为2:1；

④明确实际电解质用量，全固态电池电解质无需过量，锂离子电池、锂硫准固态电池和双离子电池过量设定15%，锂硫电池和镁硫电池设定实际电解液与硫的比值为3:1；

⑤计算电芯水平能量密度，添加额外的非活性组分，如粘结剂、导电剂、隔膜和集流体等；

⑥计算电池水平的能量密度，以18650电池为基础进行计算，添加电池壳体、极耳、极柱和密封圈等零部件。    

输入的参数

在该工具中，我们只要输入参数，表格中为红色字体，主要包括活性材料性能参数，如理论容量和实际容量、材料晶格真密度、充放电中的最大体积变化和所设计的电极孔隙率。

输入的参数还包括粘结剂、导电剂、铜箔和铝箔集流体、电解液和隔膜的密度，集流体厚度，隔膜孔隙率等。

电池设计方面的参数包括正、负极电极配方。

电池设计方面的参数还有注液系数，例如锂离子电池理论上孔隙体积内均填充电解液，电解液过量系数为0，但是由于电池内部存在剩余空间，注液过量系数设定15%，而锂硫电池设定理论E/S比为2:1，一般实际可能3:1。

电池性能方面的参数还有理论和实际的平均放电电压，实际的正负极N/P比。

电池设计参数还包括正负极电极厚度、隔膜厚度，最终电池的能量密度以18650为基础进行计算，因此还需要设定电池中卷芯的体积、零部件的质量等。

我们采用该工具进行计算时，对于明确的参数直接进行修改，电池设计和零部件等方面的参数不清楚的可以直接采用默认值，表格中电池设计参照了松下的18650电池，具有一定可信度。

输入以上参数后，该工具即可自动计算电池在以上提到的6个步骤过程中的能量密度。计算的过程参数展示如下，不再详细说明。

计算结果展示如下 

①石墨||NCA锂离子电池    

②NCA锂金属全固态电池

③锂硫液态电池

④锂硫准固态电池     

⑤镁硫电池    

⑥双离子电池  

这几类电池能量密度对比如下：

参考文献：Johannes Betz, Georg Bieker, Paul Meister, Tobias Placke, et al，Theoretical versus Practical Energy: A Plea for More Transparency in the Energy Calculation of Different Rechargeable Battery Systems，Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803170