克容量是指電池電極活性物質中的鋰離子全部參與電化學反應所能釋放出的電容量與活性物質的質量之比。

克容量是針對電池活性物質的概念，電池活性物質包括：可做正極材料的鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰等，可做負極材料的石墨。

克容量可以被理解為每克活性物質所含的電容量，通常克容量單位是毫安時每克（mAh/g）。有時克容量也可被稱為比容量。

電荷量和法拉第常數是理論克容量相關的兩個概念。

電荷量表示電荷的多少，單位是庫侖（C）。如果導線載有1安培（A）的穩定電流，則在1秒內通過導線橫截面積的電量為1庫侖（C），根據上述定義，可得出如下公式：

1A×1s=1C

根據1A=1000mA，1s=1/3600h，可以得出：

1mAh=3.6C

圖片來源：學堂在線《鋰離子電池材料與技術》

法拉第常數（F）是指每摩爾電子所攜帶的電荷量，單位是C/mol。法拉第常數等于阿伏伽德羅常數（1摩爾的粒子個數，NA=6.02214×1023mol-1）與元電荷電量（e=1.602176×10-19C）之積。經計算，法拉第常數等于96485C/mol。

圖片來源：學堂在線《鋰離子電池材料與技術》

在鋰離子電池中，一個鋰離子對應一個電子，鋰離子和電子所攜帶的電荷量相等。

下文以鈷酸鋰（LiCoO2）為例計算理論克容量：

鈷酸鋰（LiCoO2）的摩爾質量是97.8728g/mol（可根據Li、Co、O的相對原子質量加和近似得出。）

圖片來自網絡

則1g鈷酸鋰（LiCoO2）物質的量（物質的量是表示物質含有粒子數的量，符號為n）。

n=1g/（97.8728g/mol）=0.01021734332mol

則1g鈷酸鋰（LiCoO2）提供電荷量等于鈷酸鋰（LiCoO2）物質的量乘以法拉第常數，即：

0.01021734332mol×96485C/mol=985.82C

換算成mAh為單位表示：

985.82/3.6=274mAh

即鈷酸鋰（LiCoO2）材料的理論克容量為274mAh/g。

總結以上計算過程，得出如下公式：

理論克容量=（1/摩爾質量）×Li計量個數×法拉第常數×（1/3.6）

個人理解：Li計量個數表示材料容納最多數量的鋰原子時的化學式中可移動鋰元素的個數。摩爾質量表示材料容納最多數量的鋰原子時，化學式中各元素相對原子質量之和，正極材料的相對原子質量之和包含可移動的鋰元素，負極材料的相對原子質量之和不包含可移動的鋰元素。

下文計算磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極材料、石墨負極材料、硅負極材料的理論克容量：

（1）磷酸鐵鋰正極材料

磷酸鐵鋰（LiFePO4）的摩爾質量為157.756g/mol，根據理論克容量公式計算：

理論克容量=（1/157.756）×1×96485×（1/3.6）=170mAh/g

即磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極材料的理論克容量為170mAh/g。

（2）石墨負極材料

石墨（C）負極中，當鋰嵌入量最大時，形成鋰碳層間化合物，化學式為LiC6，即6個碳原子結合一個鋰原子。六個碳（C）的摩爾質量為72.066g/mol（不包含可移動的鋰元素），根據理論克容量公式計算：

理論克容量=（1/72.066）×1×96485×（1/3.6）=372mAh/g

即石墨負極材料的理論克容量為372mAh/g

（3）硅負極材料 硅作為電池負極時，與鋰發生如下合金化反應：

5Si+22Li++22e-Li22Si5

生成的產物為Li22Si5，5個硅的摩爾質量為140.4g/mol（不包含可移動的鋰元素），5個硅原子結合22個鋰原子，因此硅負極材料的理論克容量為：

理論克容量=（1/140.4）×22×96485×（1/3.6）=4200mAh/g

審核編輯：劉清