库伦效率（Coulombic Efficiency，CE），也称为充放电效率，是指电池或电容器在充放电过程中，放电容量与充电容量的比值，通常用百分比表示。
其计算公式为：库伦效率 =（放电容量÷充电容量）×100%。
库伦效率在电池研究和应用领域具有重要意义：
一、对电池性能评估的作用
1. 反映电池的可逆性
- 高库伦效率意味着电池在充放电过程中，电极反应的可逆性好，能够更有效地进行离子的嵌入和脱出。例如，锂离子电池中，锂离子在正负极之间来回穿梭，如果在每次循环过程中损失较少，库伦效率就高，说明电极材料对锂离子的存储和释放过程较为稳定和可逆。
- 当库伦效率接近 100%时，表明电池的充放电反应几乎是完全可逆的，这对于需要长时间稳定运行和多次循环使用的电池来说至关重要，比如电动汽车用动力电池，高可逆性可以保证车辆在较长的使用周期内保持稳定的续航能力。
2. 衡量电池的容量保持能力 - 库伦效率可以间接反映电池容量的衰减情况。如果库伦效率在多次循环后逐渐降低，说明电池在充放电过程中有一部分电量损失无法恢复，可能是由于电极材料的结构变化、电解质分解、副反应增加等原因导致的。
- 例如，在一些手机电池中，如果库伦效率下降明显，用户会感觉到手机的续航时间逐渐缩短，需要更频繁地充电。
二、在不同电池体系中的特点
1. 锂离子电池
- 在锂离子电池中，库伦效率受到多种因素的影响。例如，正负极材料的种类、结构和稳定性，电解质的成分和稳定性，以及充放电条件（如电流密度、温度、电压范围等）。
- 一些新型的锂离子电池材料，如高镍三元正极材料，虽然具有较高的能量密度，但在初期循环时可能会由于表面副反应等原因导致库伦效率较低，随着循环的进行，通过形成稳定的固体电解质界面膜（SEI 膜）等方式，库伦效率会逐渐提高并趋于稳定。
2. 铅酸电池 - 铅酸电池的库伦效率相对较低，一般在 80% – 90%左右。这是因为铅酸电池在充放电过程中存在一些不可避免的副反应，如电极的腐蚀、电解液的分解等。
- 此外，铅酸电池的充放电深度、充电方式（恒流充电、恒压充电等）以及使用环境温度等因素也会对库伦效率产生影响。在深度放电后进行充电时，由于电极极化和内阻增加等原因，库伦效率可能会有所降低。
3. 超级电容器 - 超级电容器的库伦效率通常较高，一般可以达到 95%以上甚至更高。这是因为超级电容器的充放电过程主要基于电极表面的物理吸附和解吸过程，没有像电池那样涉及复杂的化学反应。
- 但是，在高电流密度充放电或高温等极端条件下，超级电容器也可能会出现一定的能量损失，导致库伦效率略有下降。
三、提高库伦效率的方法
1. 优化电极材料
在制造工艺方面，严格控制生产过程中的环境条件、材料纯度和工艺参数等因素，可以减少杂质和缺陷的引入，提高电池的一致性和性能稳定性，进而提高库伦效率。例如，采用高精度的涂布工艺和严格的干燥工艺，可以保证电极涂层的均匀性和致密性，提高电极的性能。
选择具有良好结构稳定性和电化学活性的电极材料。例如，对于锂离子电池，可以采用纳米结构的电极材料，增加电极与电解质的接触面积，减少离子扩散距离，提高反应动力学，从而降低充放电过程中的能量损失，提高库伦效率。
对电极材料进行表面修饰也是一种有效的方法。通过在电极材料表面包覆一层稳定的物质，如碳材料、金属氧化物等，可以抑制电极与电解质之间的副反应，提高电极的稳定性和库伦效率。
2. 改进电解质
电解质在电池中起着离子传输的关键作用，其性能直接影响库伦效率。优化电解质的成分和性质可以提高电池的性能。
例如，开发新型的离子液体电解质，其具有较高的离子电导率、较宽的电化学稳定窗口和较低的挥发性，可以减少电解质的分解和副反应，提高库伦效率。此外，添加适当的电解质添加剂，如成膜添加剂，可以改善电极表面的 SEI 膜质量，降低界面电阻，提高库伦效率。
3. 优化电池设计和制造工艺
合理设计电池的结构和尺寸，优化电极的布局和极片的厚度，可以提高电池内部的离子和电子传输效率，降低内阻，从而提高库伦效率。