1.本方法涉及锂电池的技术领域，具体涉及一种快速计算各种类型的单体电池理论能量密度的方法，和从需要的能量密度倒推负极活性物质利用率的方法。

2.能够随着电子产品、电动交通工具、基于太阳能与风能的分散式电源供给系统、便携式医疗电子设备、机器人等领域的快速发展，现有的电池能量密度已经满足不了人们的需求，迫切需要高能量密度更高、寿命更长的可充放储能器件。各类不同的应用对电池的各方面性能要求不尽相同，需要有针对性地开发适合的电池体系。电池的能量密度，是最被关心的性能参数。
3.然而，单体电池有三种不同的初始形态，以锂离子电池为例：1)常规电池，正负极内所有锂参与反应；2)正极富锂，负极锂过量且不参与反应；3)正极贫锂，负极锂过量且部分参与反应。在选择原材料组装的过程中，需要判定初始形态，并根据不同的条件计算能量密度，导致计算方式繁琐，缺少通用的简化计算方式，难以快速比较各类型电池的能量密度。此外，缺少锂金属电极作为负极参与电池反应过程锂金属利用率和电池能量密度的关系。因此获得一种简易通用的能量密度计算公式显得尤为重要。
4.对不同体系电池的能量密度进行理论计算，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。

5.针对背景技术重点问题，本发明的目的在于提供一种快速准确的计算出多种单体电池理论能量密度的方法。
6.一种电池能量密度的计算方法，包括以下步骤：
7.1)确定电池正负极材料及其特性，以锂离子电池为例，常规电池为x类型，富锂正极匹配过量锂金属或者含储备锂的负极为y类型，贫锂正极匹配过量锂金属或者含储备锂的负极为z类型；
8.2)根据电池类型的不同，获得正极和负极的充放电电压和比容量，确定单体电池活性物质量比；
9.3)以上数据代入通用公式，计算获得单体电池能量密度，或在变式内输入所需达到的能量密度，获得匹配的正负极容量和电压相关信息。
10.步骤1)中所述的电池类型包含水系、有机和固态电池，离子电池的种类包括锂(li
)等，本文以锂离子为例但应用不仅限于锂。
11.步骤1)中所述的x类型常规电池特性为所有的锂全部参与电化学反应，即负极没有不参与反应的过量储备锂。
12.所述的正极材料可以为硫、硫化锂、锰酸锂，钻酸锂，磷酸铁锂以及三元材料等。
13.所述的负极材料可以为钛酸锂、碳材料、硅材料、磷材料、氧化物、氮化物、磷化物、硫化物、碳化物、有机金属框架材料、其他有机材料等。
14.步骤1)中所述的y类型富锂正极匹配过量锂金属或者含储备锂的负极其特性为初始状态的负极所含的锂作为储备锂不参与首次电化学反应。
15.所述的正极材料应富含锂，例如硫化锂、锰酸锂，钴酸锂，磷酸铁锂以及三元材料等。
16.所述的负极材料应含有过量锂，可以为锂金属和预锂化的活性材料等。
17.所述的预锂化的活性材料其特征为已经包含一定量的锂，可以为钴酸锂、预锂化的碳、预锂化的硅等。
18.步骤1)中所述的z类型贫锂正极匹配过量锂金属或者含储备锂的负极其特征在于正极材料未达到锂饱和，第一次循环中负极有部分锂参与电化学反应。
19.所述的正极材料应贫锂，例如硫或者硒正极，最优选为硫正极。
20.所述的负极与y类型中的负极相同。
21.步骤2)中所述的正极、负极比容量为一定电流密度下的对锂比容量。
22.所述的一定电流密度可以为0.1-50c，优选为1-10c，最优选为1c。
23.所述的c为该活性材料的理论比容量，单位为ma g-1
24.步骤2)中所述的正极、负极电压为与比容量相同电流密度下的对锂平均电位。
25.步骤2)中所述的单体电池活性物质量比可以为30％-90％，优选为50％-80％，最优选为60％-70％。
26.步骤3)中所述的计算公式由以下常规计算公式简化得到：
×c×f×e28.其中：x为正极质量比，c为正极比容量，f为电极活性材料占单体电池质量比，e为电压差。
29.所述的正极质量比x针对三种不同类型的电池体系具有不同的复杂计算方式。
30.步骤3)中所述的计算公式简化为：
其中：w为能量密度，c为正极比容量，n为负极溢出率，f为电极活性材料占单体电池质量比，e为电压差。
所述的q在三种不同类型电池下有不同的变换形式。
所述的n可以为1-10，优选为1-2，最优选为1-1.3。
步骤3)中所述的计算公式针对x类型简化为：
所述的q为负极比容量。
步骤3)中所述的计算公式针对y类型简化为：
所述的q有以下变换式：
其中：m为负极反应利用率，p为负极比容量。
步骤3)中所述的计算公式针对z类型简化为：
所述的q有以下变换式：
其中：m为负极反应利用率，p为负极比容量。
步骤3)中所述的计算公式可以变换为以下变式：
所述的变式可以获得一定能量密度和确定正极负极材料的情况下算出负极反应利用率。
所述的变式不适用于x类型电池。
步骤3)中所述的变式针对y类型简化为：
步骤3)中所述的变式针对z类型简化为：
所述的简化公式和计算方法目的在于获得三种不同形态电池的通用计算方法，简化电池应用和理论计算的代码或者程序量，从直观角度获得对于不同形态电池的理解。
所述的变式公式可以快速推测一定能量密度下的负极材料利用率，特别针对锂金属负极的改性和补充锂等研究提供快速有效的方法。
所述的简化公式和变式作为计算电池能量密度并依托此结果删选正负极材料应用。
本发明相比于现有技术，具有如下优点及突出效果：
本发明相比于现有技术，具有如下优点及突出效果：可以理论计算不同正负极体系电池的理论能量密度，从直观数据结果判断不同体系的作用；可根据数据选择不同的正极材料和负极材料，所需条件及数据简单直接，方便便捷。该方法普适性强，可应用于快速得到单体电池的理论能量密度，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。
下面结合实施例以钴酸锂/石墨、lini
o2/石墨、s/li三种不同体系来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
(1)选择钴酸锂作为正极，石墨作为负极。查表知钴酸锂的实际比容量为140mah
，电压为0.1v(vs li)；体系负极首次过量率n为1；电极活性材料占单体电池质量比f约为60％。
(2)根据计算公式，代入(1)中数据，可以得出钴酸锂/石墨体系理论能量密度为205wh
o2作为正极，石墨作为负极。查表知lini
，电压为0.1v(vs li)；体系负极首次过量率n为1；电极活性材料占单体电池质量比f约为60％。
(2)根据计算公式，代入(1)中数据，可以得出lini
o2/石墨体系理论能量密度为233wh
(1)选择s作为正极，li作为负极。查表知s的实际比容量为700mah
；体系负极首次过量率n为1；电极活性材料占单体电池质量比f约为60％；利用率m设为30％。
(2)根据计算公式，代入(1)中数据，可以得出锂金属利用率为30％时s/li体系理论能量密度为572wh
一般电池能量密度是根据正、负两极活性物质的理论质量比容量和电池电动势进行计算。
，q-为正、负极活性物质的电化学当量；σqi为正负极的电化学当量之和。
以铅酸蓄电池为例，其电池反应为：
其反应电化学当量分别为：q