鋰電池能量密度現狀,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，或者說的更標準一點，一輛電池動力車的性能、續航里程、可靠性都取決于其電池內的電池數量以及單節電池內的能量密度。容量不夠，單價再低、循環再好、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量物質中儲存能量的大小。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，單位體積內存儲的電量越多。
鋰電池能量密度現狀
●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提升到160Wh。除了磷酸鐵鋰電池，比亞迪也在同步開發三元鋰電池，而如果將三元鋰電池的技術結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具備量產條件，目前能量密度也達到了200Wh/kg。比亞迪三元電池的目標是2018年電池比能量達到240Wh/kg，2020年達到300Wh/kg。
●沃特瑪：生產的32650圓柱型動力磷酸鐵鋰電池，單體能量密度已經達到145Wh/kg，下一步目標是實現160Wh/kg；三元電池目前能量密度為200Wh/kg，預計到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，公司目前已經量產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上，預計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系統可做到5級防護，鋰電池采用輕量化材料，并進行了結構優化。
●比克電池：2016年，比克三元材料動力電池行業占比30%以上，位列第一。目前比克單體電芯能量密度近220Wh/kg，后續還將進一步提升至300Wh/kg。
●卡耐新能源：卡耐新能源已經可以批量供應能量密度220Wh/kg電芯，系統比能量大于130Wh/kg電芯，同時工藝和技術層面已經分別實現250Wh/kg、技術300Wh/kg產品儲備。
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，并不治本。釜底抽薪的辦法，是從構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鍵技術。
2、化學體系變革
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優化排布結構。從外形尺寸方面優化系統內部的布置，讓電池包內部零部件排布更加緊湊高效。
②拓撲優化。可以通過仿真計算在確保剛強度及結構可靠性的前提下實現減重設計，實現拓撲優化和形貌優化最終幫助實現電池箱體輕量化。
③選材。可以選擇低密度材料，如電池包上蓋已經從傳統的鈑金上蓋逐步轉變為復合材料上蓋，可以減重約35%。針對電池包下箱體，已經從傳統的鈑金方案逐步轉變為鋁型材的方案，減重量約40%，輕量化效果明顯。
④整車一體化設計。整車一體化設計與整車結構設計通盤考慮，盡可能共享、共用結構件，例如防碰撞設計，實現極致的輕量化。
新能源汽車的續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，還有比功率密度、安全性、一致性和循環壽命等多種因素，在眾多指標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展之道。
