鋰電池能量密度分析，怎麽提高鋰電池能量密度？

什（shí）麽是能量密度？

能（néng）量密度(Energydensity)是指在單位一定的空間或質量物質中（zhōng）儲存能量的大（dà）小。電池的能（néng）量密度（dù）也就是電池平均單位體積或質量所釋放出的電能。電池的（de）能量密度一般分重量能量（liàng）密度和體積能量密度兩個維度。

電池重量能量密（mì）度=電池容（róng）量×放電（diàn）平台/重量，基本單位為Wh/kg(瓦（wǎ）時/千克)

電（diàn）池體積能量密度=電池容量×放電平台/體積，基本單位為Wh/L(瓦時/升)

電池的能量密度越大，單（dān）位體積、或（huò）重量內（nèi）存儲（chǔ）的電量越多。

什麽是單體（tǐ）能量密度（dù）？

電池的能量密度常常指向兩（liǎng）個不同的概念，一個是單體（tǐ）電芯的能量密度，一（yī）個是電池係（xì）統的能量密度。

電芯是一個（gè）電池係統的小單元（yuán）。M個電（diàn）芯組成一個模組，N個模（mó）組組成一個電池包（bāo），這是車用動力電池的基本結構。

單體電芯能量密度，顧名思義是單個電芯級別的能量密度。

根據（jù）《中國製造2025》明確了（le）動（dòng）力電池的發展（zhǎn）規劃：2020年，電池能（néng）量密度達到300Wh/kg；2025年，電池能量密度（dù）達到400Wh/kg；2030年，電池能量密度達到500Wh/kg。這裏指的就是單個電芯級別的能（néng）量密度。

什麽是（shì）係（xì）統能量密（mì）度？

係統能（néng）量（liàng）密度是（shì）指單體組合完成後的整個電池係統的電量比整個電（diàn）池係統的重量或體積。因為電池（chí）係統內部包含電池管理係統，熱管理係統，高低壓回路等占據了電池係（xì）統的部分重量和內部空間，因此電池係統的能量密度都比單體（tǐ）能量密度低。

係統能量密度=電池係（xì）統電量/電池係統重量（liàng）OR電池係統（tǒng）體積

究竟是什麽限製了鋰電池的能量密度？

電池背後的（de）化學體係是主要原因難（nán）逃其咎。

一般而言，鋰（lǐ）電池的四個部（bù）分非常關鍵：正極，負（fù）極，電解質，膈（gé）膜。正負極是（shì）發生化學反應（yīng）的（de）地方，相當於任督二（èr）脈，重要地位可（kě）見一斑。久久久久国色AV免费观看都知道以三元鋰為正極的（de）電池包係統（tǒng）能量密度要高於以磷酸鐵鋰為正極的電池包係（xì）統。這是為什麽呢？

現有的鋰離子電池負極材料多以石墨為主，石（shí）墨的理論（lùn）克容量372mAh/g。正極材料磷酸鐵鋰理論克（kè）容量隻（zhī）有160mAh/g，而三元材料鎳鈷錳(NCM)約為200mAh/g。

根據木桶理論，水位的高低決定於木桶短（duǎn）處，鋰離子電池的能（néng）量密度下限取決於正（zhèng）極材料。

磷酸鐵鋰的電壓平台是3.2V，三元的這（zhè）一指（zhǐ）標則是3.7V，兩相比較，能量（liàng）密度高（gāo）下立（lì）分（fèn）：16%的差額。

當然，除了化學體係，生產工藝水平如壓實密度、箔材（cái）厚（hòu）度（dù）等，也會影響能量密度。一般來說，壓實密度越大，在有（yǒu）限空（kōng）間內，電池的容量就越高，所以主材的壓實密度也被看做（zuò）電池能量（liàng）密度（dù）的參（cān）考指（zhǐ）標之一。

在《大國重器II》第四集中，寧德時代采用了6微米銅箔，利用工藝水（shuǐ）平，提升（shēng）了能量密度。

如果你能堅持每行（háng）讀下來一直讀到這裏。恭喜，你對電池（chí）的理解已經上了一個層次。

如何提高能量密度呢？

新材料體係的采用、鋰電池結構（gòu）的精調、製造（zào）能力的提升是研（yán）發工程（chéng）師“長袖善舞（wǔ）”的三（sān）塊舞台。下麵（miàn），久久久久国色AV免费观看會從單體和係統兩個維度進行講解。

——單體能量密度，主要依（yī）靠化（huà）學體係的突破

1、增（zēng）大（dà）電池尺寸

電池廠家可以通過增大原來電池尺（chǐ）寸來達到電量擴容的效果。久久久久国色AV免费观看熟悉（xī）的例子莫過於：率先使用（yòng）鬆下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”隻是治標（biāo），並不治本。釜底抽薪的（de）辦法，是從構成電池單元的正負極材料以及電（diàn）解液成（chéng）分中，找到提高能量密度的關鍵技術。

2、化學體係（xì）變革

前麵提到，電池的能量密（mì）度受製於由電池的（de）正（zhèng）負極。由於目前負極材料的能量密度遠大於正極，所以提高能量密度就要不斷升級正極材（cái）料。

高（gāo）鎳正極

三元材料通指鎳鈷錳酸鋰（lǐ）氧化物大家族，久久久久国色AV免费观看可以通過改變鎳、鈷、錳這（zhè）三種元素的比例來改變電池的性能。

在圖矽碳負極

矽基負極材（cái）料的比容量可（kě）以達到4200mAh/g，遠高於石墨負極理論比容量的372mAh/g，因此成為石墨負極的有（yǒu）力替代者。

目前，用矽碳複合材料來提升（shēng）電池能量密度的方式，已是業界公認（rèn）的鋰離子電池負（fù）極材料發展方向之一。特斯拉發（fā）布的Model3就采用了矽碳負極。

在未來，如果想要百（bǎi）尺竿頭更進一步——突破單體電芯（xīn）350Wh/kg的關口，業內同行們可（kě）能需要著眼於鋰金屬負極型的電池體係，不過這也意味著（zhe）整個電池製（zhì）作（zuò）工藝的更迭與精進。中幾種典型三元材（cái）料中可以看出，鎳的占比越來越高，鈷的（de）占比（bǐ）越（yuè）來越（yuè）低。鎳的含量越高，意味著電芯的比容量就越高。另外（wài），由於鈷資源稀缺，提高鎳的比例，將降低的降低鈷的使用量。

3、係統（tǒng）能量密度：提升電池包的成組效率

電池包（bāo）的（de）成組考驗的是電池“攻城獅（shī）“們對單體電芯和模組排兵布陣的能力，大程度地利用每（měi）一寸空間（jiān）。

電池包的“瘦身”主要有以下幾種方式。

優化排布結構

從（cóng）外形尺寸方麵，可以優化係統內部的布置，讓電池包內部零部件排布更加緊湊。

拓撲優化

久久久久国色AV免费观看通（tōng）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（jì）。通過該技術，可以實現拓撲優化和形貌優化終幫助實現電池箱體輕量化。

選（xuǎn）材

久久久久国色AV免费观看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（biàn）為複合材料上蓋，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（wéi）鋁型材的方案，減重量約40%，輕量化效果明顯。

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（jié）構件，例（lì）如防碰撞設計，實現輕量化