鋰電池能量密度現(xiàn)狀,如何提高鋰電能量密度

來(lái)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(dòng)對(duì)于人體有多重要一般，一輛純電動(dòng)車(chē)，或者說(shuō)的更標(biāo)準(zhǔn)一點(diǎn)，一輛電池動(dòng)力車(chē)的性能、續(xù)航里程、可靠性都取決于其電池內(nèi)的電池?cái)?shù)量以及單節(jié)電池內(nèi)的能量密度。容量不夠，單價(jià)再低、循環(huán)再好、安全性再高，做出來(lái)的鋰電池也可能無(wú)人問(wèn)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(chǔ)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(tái)/電池厚度/電池寬度/電池長(zhǎng)度，基本單位為Wh/kg(瓦時(shí)/千克)。

　　電池的能量密度越大，單位體積內(nèi)存儲(chǔ)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(lái)比亞迪計(jì)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(kāi)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(duì)原有用石墨作為負(fù)極材料的做法進(jìn)行一些調(diào)整，那么在2020年左右，比亞迪計(jì)劃將磷酸鐵鋰電池的單體能量密度提升到200Wh。

　　另外，在跟進(jìn)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(dá)到了200Wh/kg。比亞迪三元電池的目標(biāo)是2018年電池比能量達(dá)到240Wh/kg，2020年達(dá)到300Wh/kg。

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

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

　　●捷威動(dòng)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(dá)210WH/Kg。在提高電池安全性的基礎(chǔ)上，預(yù)計(jì)2020年公司軟包電池單體能量密度可達(dá)300WH/Kg，Pack成組后可達(dá)220WH/Kg；鈦酸鋰電池單體能量密度達(dá)到110WH/Kg以上。

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

　　●比克電池：2016年，比克三元材料動(dòng)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(jìn)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(shí)工藝和技術(shù)層面已經(jīng)分別實(shí)現(xiàn)250Wh/kg、技術(shù)300Wh/kg產(chǎn)品儲(chǔ)備。

　　如何提高能量密度

　　1、增大電池尺寸

　　電池廠家可以通過(guò)增大原來(lái)電池尺寸來(lái)達(dá)到電量擴(kuò)容的效果。我們最熟悉的例子莫過(guò)于：率先使用松下18650電池的知名電動(dòng)車(chē)企特斯拉將換裝新款21700電池。

　　但是電芯“變胖”或者“長(zhǎng)個(gè)”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(fù)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(fù)極。由于目前負(fù)極材料的能量密度遠(yuǎn)大于正極，所以提高能量密度就要不斷升級(jí)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。

　　②拓?fù)鋬?yōu)化。可以通過(guò)仿真計(jì)算在確保剛強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)可靠性的前提下實(shí)現(xiàn)減重設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化和形貌優(yōu)化最終幫助實(shí)現(xiàn)電池箱體輕量化。

　　③選材。可以選擇低密度材料，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(duì)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(chē)一體化設(shè)計(jì)。整車(chē)一體化設(shè)計(jì)與整車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通盤(pán)考慮，盡可能共享、共用結(jié)構(gòu)件，例如防碰撞設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)極致的輕量化。

　　新能源汽車(chē)的續(xù)航主要取決于可用電量和整車(chē)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(chē)的單次最大行駛里程主要取決于電池的能量密度。總的來(lái)說(shuō)影響動(dòng)力鋰電池性能的不僅僅是能量密度一個(gè)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(diǎn)才是王道，單一提升莫個(gè)單項(xiàng)并不是發(fā)展之道。