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三元鋰電池能量密度高嗎

來(lái)源:存能電氣  日期:2019-04-29 21:59  瀏覽量:

  三元鋰電池能量密度高嗎?能量密度高是三元鋰電池的最大優(yōu)勢(shì),所以同樣重量的電池組電池容量更大,車子跑的距離也就更遠(yuǎn),速度也能更快。而電壓平臺(tái)是電池能量密度的重要指標(biāo),決定著電池的基本效能和成本,電壓平臺(tái)越高,比容量越大,所以同樣體積、重量,甚至同樣安時(shí)的電池,電壓平臺(tái)比較高的三元材料鋰電池續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)。

  能量密度(Energydensity)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。

  三元鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的鋰電池。相比磷酸鐵鋰電池,三元鋰電池的綜合表現(xiàn)更為平均,能量密度較高,體積比能量也更高,并且隨著電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,三元鋰電池的價(jià)格也來(lái)到了一個(gè)廠家能夠接受的范圍。

三元鋰電池.png

  三元鋰電池能量密度高嗎?

  三元鋰離子動(dòng)力電池目前已經(jīng)看到能量密度的“天花板”了,高鎳材料、碳硅負(fù)極的鋰電池單體能量密度最高應(yīng)該在300Wh/kg左右,正負(fù)不超過(guò)20Wh/kg。目前,我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)上的純電動(dòng)汽車所搭載的動(dòng)力電池,大多數(shù)為三元鋰電池材料和磷酸鐵鋰材料電池。盡管相比鉛酸和鎳氫電池,能量密度已經(jīng)有了極大的提高,但是依然難以打消消費(fèi)者的里程焦慮困擾。

  比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150Wh/kg,比亞迪三元鋰電池能量密度則達(dá)到了200Wh/kg??梢钥闯觯嚥牧媳攘姿徼F鋰的優(yōu)勢(shì)還是很明顯的。深圳另外一家電池企業(yè)比克電池的三元材料動(dòng)力電池單體電芯能量密度近220Wh/kg,在行業(yè)內(nèi)算是比較高的。從適應(yīng)政策的角度看,未來(lái)的能量密度要求更高,三元鋰電池的潛力將得到更大的發(fā)揮。

  三元鋰電池最大的優(yōu)勢(shì)在于電池能量密度高,其儲(chǔ)能密度通常在200Wh/kg以上,相對(duì)于磷酸鐵鋰的90-120Wh/kg來(lái)說(shuō),這樣的表現(xiàn)對(duì)于輕量化設(shè)計(jì)更加友好,也更適合現(xiàn)階段新能源乘用車市場(chǎng)對(duì)續(xù)航里程的需求。

  三元鋰電池能量密度接近極限

  三元鋰電池目前的單體能量密度已經(jīng)接近極限,很難再有大的突破。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)將重心集中到了固態(tài)電池上。目前純電動(dòng)汽車的發(fā)展一直受到電池能量密度低的桎梏。電池能量密度沒(méi)有大的突破,純電動(dòng)車的續(xù)航里程就無(wú)法大幅提高,純電動(dòng)汽車的發(fā)展將智能依賴于政策支持,缺乏市場(chǎng)動(dòng)力。

  業(yè)內(nèi)人士表示三元鋰電池目前的單體能量密度已經(jīng)接近極限,很難再有大的突破。要想進(jìn)一步提升三元鋰電池的能量密度,就需要進(jìn)一步提升電池中鎳的比重。但是電池中鎳的比重提升后,由于高鎳的熱穩(wěn)定性很差,電池內(nèi)部的熱反應(yīng)就會(huì)非常劇烈,安全問(wèn)題令人擔(dān)憂。

  依靠三元里電池技術(shù)路線,動(dòng)力電池能量密度要做到350Wh/kg的目標(biāo),難度很大。因此行業(yè)希望依靠固態(tài)電池進(jìn)一步提升電池能量密度。固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不漏液,高溫下表現(xiàn)良好,安全性更高。固態(tài)電池會(huì)大大降低電動(dòng)車自燃的概率。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)將重心集中到了全固態(tài)鋰電池上。大眾曾宣布計(jì)劃研發(fā)續(xù)航1000km固態(tài)電池;豐田汽車預(yù)計(jì)2022年完成固態(tài)電池的研發(fā)工作,并計(jì)劃于2030年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

  電解質(zhì)材料是全固態(tài)鋰電池技術(shù)的核心,目前固態(tài)電解質(zhì)的研究主要集中在三大類材料:聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高溫性能好,已經(jīng)有商業(yè)化的應(yīng)用案例;氧化物循環(huán)性能良好,適用于薄膜柔性結(jié)構(gòu);硫化物電導(dǎo)率最高,是未來(lái)主要方向。

  提高動(dòng)力三元鋰電池比能量的技術(shù)途徑

  一、工藝進(jìn)步,但如今電池工藝設(shè)計(jì)已相對(duì)成熟,提高電池比能量的空間不大;

  二、材料性能的提升,受制于自身物化性能,以磷酸鐵鋰和三元鋰為正極、碳材料為負(fù)極的鋰離子動(dòng)力電池在能量密度上很難有大的突破;

  三、新材料、新體系,即開(kāi)發(fā)高比能新材料、發(fā)展動(dòng)力三元鋰電池新體系是未來(lái)動(dòng)力電池比能量大幅度提升的主要途徑。

  四、鋰電池包能量密度是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題,提高電芯能量密度是一個(gè)直接手段,但是如果做好電芯的布置,電路的規(guī)劃,減輕殼體重量,為電池減負(fù),也是提高電池能量密度的一個(gè)有效手段。

  無(wú)論技術(shù)如何改進(jìn),磷酸鐵鋰動(dòng)力電池電芯的能量密度達(dá)到300Wh/kg的希望都較為迷茫,相對(duì)來(lái)說(shuō),三元鋰電池技術(shù)路線則較有希望。

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