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电池人一定要懂的“电池能量密度”!(含我国各企业锂电池能量密度现状一览)

上文锂电池能量密度:

锂电池干货系列之锂电和金属锂能量密度计算

纯电动车电池的能量密度高低有多重要?

 

这似乎就像在讨论心脏的跳动对于人体有多重要一般,一辆纯电动车,或者说的更标准一点,一辆电池动力车的性能、续航里程、可靠性都取决于其电池包内的电池数量以及单节电池内的能量密度。这个公式很好理解:总电量=电池数量×单节电池能量密度

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而现代汽车的结构设计其实已经很死板了,留给电池组的空间也就那么一点,大部分车型都集中在坐舱地板下方,当然这也是出于安全性和空间性的考虑。

 

所以说,电池数量已经被限制在某一个区间内,无法大幅提升。想要增强电池车性能,唯有在能量密度上做文章。

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首先,什么是电池能量密度?

能量密度(Energy density)是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池能量密度=电池容量×放电平台/电池厚度/电池宽度/电池长度,基本单位为Wh/kg(瓦时/千克)。

 

电池的能量密度越大,单位体积内存储的电量越多。

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△圆柱形锂电池结构图

 

关于电池能量密度,现在我们都知道了它俨然是目前电池行业,甚至是电动汽车行业向前大跨步的最明显的突破口,但是突破它,真的是很难啊!

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△典型电池设计非活性物质(除引线等)的占比

 

据悉,电池的能量密度基本由电池的正负极决定的,但只是正负极活性材料也不能保证电池能发上电,得有很多非活性物质,比如导电辅助剂、活性粉末之间的粘结剂、隔离膜、阴阳极的箔材、绝缘固定的胶纸、铝塑膜壳或者钢铝壳等等。

 

我们中大部分人总是有意无意的忽略这部分物质的含量,得出的能量密度与事实相差较大,误导吃瓜群众。其实,这部分相当重要,就拿过去十几年的技术进步来说,电池能量密度的提升主要就是靠着活性物质占比的提升来实现的。

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△能量密度的变化与预测

 

还有的就是以增大原来电池尺寸来达到电量扩容的效果。

 

我们最熟悉的例子莫过于:率先使用松下18650电池的知名电动车企特斯拉将换装新款21700电池。而原因并非18650电池有任何质量问题,只是18650电池单颗容量小,普遍在2-4Ah左右,串并联数量过多,单体失效风险概率较大,导致其在电动汽车领域的应用受到一定的限制。

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△图中为21700电池

 

而21700电池在尺寸上相比18650电池(直径18mm,长度65mm)更大,达到了直径21mm,长度70mm。如果想再形象一点来考虑这个问题,我们不妨来看看来自Hitech Energy的计算,仅考虑单体的密集堆积进行计算,可知:30支21700的体积是40支18650体积的1.1倍,质量则为0.97倍。

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在同等能量下,所需电池的数量可减少约1/3,电池包内部金属连接件数量减少,从而进一步降低电池包的重量,整车的能量密度将得到部分提升,达到接近300kw/kg

以下三点尤为引人注意:

1.到2020年,锂离子动力电池单体比能量大于300Wh/kg;系统比能量争取达到260Wh/kg;成本小于1元/瓦时;使用环境达-30℃到55℃;具备3C充电能力。

 

2.到2025年,单体比能量达500Wh/kg。

3.力争实现单体电池350Wh/kg、系统260Wh/kg的锂离子电池产品产业化和整车应用。

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我国各电池动力锂电池能量密度达到什么水平了呢?

 

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比亚迪:目前,比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为150Wh,而接下来比亚迪计划将能量密度继续提升到160Wh。除了磷酸铁锂电池,比亚迪也在同步开发三元锂电池,而如果将三元锂电池的技术结合到磷酸铁锂电池上,对原有用石墨作为负极材料的做法进行一些调整,那么在2020年左右,比亚迪计划将磷酸铁锂电池的单体能量密度提升到200Wh。

另外,在跟进的三元电池方面,比亚迪的三元电池已经具备量产条件,目前能量密度也达到了200Wh/kg。比亚迪三元电池的目标是2018年电池比能量达到240Wh/kg,2020年达到300Wh/kg。

沃特玛:生产的32650圆柱型动力磷酸铁锂电池,单体能量密度已经达到145Wh/kg,下一步目标是实现160Wh/kg;三元电池目前能量密度为200Wh/kg,预计到2020年达到300Wh/kg的水平。

国能电池:早在2013年,国能磷酸铁锂和三元电池单体能量密度就达到了160Wh/kg和200Wh/kg。预计2017年年底,磷酸铁锂电池单体能量密度将达到180Wh/kg、PACK达到134Wh/kg,三元电池能量密度将突破240Wh/kg。

捷威动力:在能量密度方面,公司目前已经量产的三元软包电池单体比能量达210WH/Kg。在提高电池安全性的基础上,预计2020年公司软包电池单体能量密度可达300WH/Kg,Pack成组后可达220WH/Kg;钛酸锂电池单体能量密度达到110WH/Kg以上。

智慧能源:公司量产的动力电池单体能量密度可达220Wh/Kg,PACK成组后能量密度达到140Wh/Kg。同时,公司BMS系统可做到5级防护,电池包采用轻量化材料,并进行了结构优化。

比克电池:2016年,比克三元材料动力电池行业占比30%以上,位列第一。目前比克单体电芯能量密度近220Wh/kg,后续还将进一步提升至300Wh/kg。

卡耐新能源:卡耐新能源已经可以批量供应能量密度220Wh/kg电芯,系统比能量大于130Wh/kg电芯,同时工艺和技术层面已经分别实现250Wh/kg、技术300Wh/kg产品储备。

可以预见,随着政府的大力支持和倡导,电池技术和行业发展会迎来重大变革。作为纯电动车的命脉,电池单体能量密度肯定会有所提升,达到非常有竞争力的水平,届时对电动车产业的发展和推广的作用也是巨大的。

※声明:本文来源于新能源汽车科普,版权归原作者所有。

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