鋰電池能量密度現(xiàn)狀,如何提高鋰電能量密度

來源：存能電氣  日期：2019-07-26 10:03  瀏覽量：次

　　鋰電池能量密度現(xiàn)狀，如何提高鋰電能量密度？鋰電池能量密度似乎就像心臟的跳動對于人體有多重要一般，一輛純電動車，或者說的更標(biāo)準(zhǔn)一點，一輛電池動力車的性能、續(xù)航里程、可靠性都取決于其電池內(nèi)的電池數(shù)量以及單節(jié)電池內(nèi)的能量密度。容量不夠，單價再低、循環(huán)再好、安全性再高，做出來的鋰電池也可能無人問津。那么如何才能提高鋰電池的能量密度呢？

　　什么是電池能量密度？

　　能量密度是指在一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲存能量的大小。電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。電池能量密度=電池容量×放電平臺/電池厚度/電池寬度/電池長度，基本單位為Wh/kg(瓦時/千克)。

　　電池的能量密度越大，單位體積內(nèi)存儲的電量越多。

　　鋰電池能量密度現(xiàn)狀

　　●比亞迪：目前，比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150Wh，而接下來比亞迪計劃將能量密度繼續(xù)提升到160Wh。除了磷酸鐵鋰電池，比亞迪也在同步開發(fā)三元鋰電池，而如果將三元鋰電池的技術(shù)結(jié)合到磷酸鐵鋰電池上，對原有用石墨作為負極材料的做法進行一些調(diào)整，那么在2020年左右，比亞迪計劃將磷酸鐵鋰電池的單體能量密度提升到200Wh。

　　另外，在跟進的三元電池方面，比亞迪的三元電池已經(jīng)具備量產(chǎn)條件，目前能量密度也達到了200Wh/kg。比亞迪三元電池的目標(biāo)是2018年電池比能量達到240Wh/kg，2020年達到300Wh/kg。

　　●沃特瑪：生產(chǎn)的32650圓柱型動力磷酸鐵鋰電池，單體能量密度已經(jīng)達到145Wh/kg，下一步目標(biāo)是實現(xiàn)160Wh/kg；三元電池目前能量密度為200Wh/kg，預(yù)計到2020年達到300Wh/kg的水平。

　　●國能電池：早在2013年，國能磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池單體能量密度就達到了160Wh/kg和200Wh/kg。預(yù)計2017年年底，磷酸鐵鋰電池單體能量密度將達到180Wh/kg、PACK達到134Wh/kg，三元電池能量密度將突破240Wh/kg。

　　●捷威動力：在能量密度方面，公司目前已經(jīng)量產(chǎn)的三元軟包電池單體比能量達210WH/Kg。在提高電池安全性的基礎(chǔ)上，預(yù)計2020年公司軟包電池單體能量密度可達300WH/Kg，Pack成組后可達220WH/Kg；鈦酸鋰電池單體能量密度達到110WH/Kg以上。

　　●智慧能源：公司量產(chǎn)的動力電池單體能量密度可達220Wh/Kg，PACK成組后能量密度達到140Wh/Kg。同時，公司BMS系統(tǒng)可做到5級防護，鋰電池采用輕量化材料，并進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

　　●比克電池：2016年，比克三元材料動力電池行業(yè)占比30%以上，位列第一。目前比克單體電芯能量密度近220Wh/kg，后續(xù)還將進一步提升至300Wh/kg。

　　●卡耐新能源：卡耐新能源已經(jīng)可以批量供應(yīng)能量密度220Wh/kg電芯，系統(tǒng)比能量大于130Wh/kg電芯，同時工藝和技術(shù)層面已經(jīng)分別實現(xiàn)250Wh/kg、技術(shù)300Wh/kg產(chǎn)品儲備。

　　如何提高能量密度

　　1、增大電池尺寸

　　電池廠家可以通過增大原來電池尺寸來達到電量擴容的效果。我們最熟悉的例子莫過于：率先使用松下18650電池的知名電動車企特斯拉將換裝新款21700電池。

　　但是電芯“變胖”或者“長個”只是治標(biāo)，并不治本。釜底抽薪的辦法，是從構(gòu)成電池單元的正負極材料以及電解液成分中，找到提高能量密度的關(guān)鍵技術(shù)。

　　2、化學(xué)體系變革

　　前面提到，鋰電池的能量密度受制于由電池的正負極。由于目前負極材料的能量密度遠大于正極，所以提高能量密度就要不斷升級正極材料。

　　3、系統(tǒng)能量密度

　　提升鋰電池的成組效率，需要以安全性為前提，最大程度地利用每一寸空間。電池包的“瘦身”主要有以下幾種方式。

　　①優(yōu)化排布結(jié)構(gòu)。從外形尺寸方面優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部的布置，讓電池包內(nèi)部零部件排布更加緊湊高效。

　?、谕負鋬?yōu)化?？梢酝ㄟ^仿真計算在確保剛強度及結(jié)構(gòu)可靠性的前提下實現(xiàn)減重設(shè)計，實現(xiàn)拓撲優(yōu)化和形貌優(yōu)化最終幫助實現(xiàn)電池箱體輕量化。

　?、圻x材?？梢赃x擇低密度材料，如電池包上蓋已經(jīng)從傳統(tǒng)的鈑金上蓋逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合材料上蓋，可以減重約35%。針對電池包下箱體，已經(jīng)從傳統(tǒng)的鈑金方案逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殇X型材的方案，減重量約40%，輕量化效果明顯。

　　④整車一體化設(shè)計。整車一體化設(shè)計與整車結(jié)構(gòu)設(shè)計通盤考慮，盡可能共享、共用結(jié)構(gòu)件，例如防碰撞設(shè)計，實現(xiàn)極致的輕量化。

　　新能源汽車的續(xù)航主要取決于可用電量和整車能耗。在相同能耗不變，電池鋰體積和重量不變都受到嚴(yán)格限制的情況下，新能源汽車的單次最大行駛里程主要取決于電池的能量密度。總的來說影響動力鋰電池性能的不僅僅是能量密度一個指標(biāo)，還有比功率密度、安全性、一致性和循環(huán)壽命等多種因素，在眾多指標(biāo)和成本之間找到平衡點才是王道，單一提升莫個單項并不是發(fā)展之道。