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讲解固态锂电池和铁锂电池能量密度

2021-03-07   点击量:19

能量密度


能量密度是指在单位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。电池的能量密度一般分重量能量密度和体积能量密度两个维度。


(1)电池重量能量密度=电池容量×放电平台/重量,基本单位为Wh/kg(瓦时/千克)。


(2)电池体积能量密度=电池容量×放电平台/体积,基本单位为Wh/L(瓦时/升)。


电池的能量密度越大,单位体积、或重量内存储的电量越多。


固态锂电池能量密度


固态电池其电解质为固态,具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端,传导更大的电流,进而提升电池容量。因此,同样的电量,固态电池体积将变得更小。不仅如此,固态电池中由于没有电解液,封存变得更加容易,在汽车等大型设备上使用时,也不需要再额外增加冷却管、电子控件等,在节约成本的同时还减轻自身重量。此外,在能量密度方面,锂电池的技术正由锂离子向锂金属更高的能量密度发展。


按照《中国制造2025》确定的技术目标,2020年锂电池能量密度到300Wh/kg,2025年能量密度达到400Wh/kg,2030年能量密度达到500Wh/kg。要实现这一愿景,发展固态锂离子电池是一个相当稳妥的选择。而固态锂离子电池的能量密度则会高很多,全固态锂离子电池的能量密度最高潜力达900Wh/kg,并且结构更加安全,所以它一度被认为是理想的汽车电池。


铁锂电池能量密度


据了解,铁锂电池单体电池的能量密度可达157Wh/kg,但单体电池成组后能量密度则降为100Wh/kg。现在磷酸铁锂电池的能力密度一般还都是在150Wh/kg左右,即使做得好一些,也是在160Wh/kg左,这个和三元电池的200Wh/kg能量密度相比,差距很大。即将生产的32131高能量密度圆柱磷酸铁锂电池,单体能量密度达到180Wh/kg,使用该电池的乘用车,续航里程可达到300km以上。


铁锂电池的优势就是稳定,即便碰撞、穿刺也不会有自燃爆炸风险,安全相比于效能其实更值得重视,其实在2017年之前磷酸铁锂电池在新能源行业的装几率高达70%。如果把磷酸铁锂电池的电池密度做的更高,在保证安全的基础上,必定会增强吸引力,毕竟对于车企而言,性能上稍打折扣,在安全性上更进一步未必不是一种好的选择。


如何提高能量密度


1.增大电池尺寸。电池厂家可以通过增大原来电池尺寸来达到电量扩容的效果。但是电芯变胖或者长个只是治标,并不治本。釜底抽薪的办法,是从构成电池单元的正负极材料以及电解液成分中,找到提高能量密度的关键技术。


2.化学体系变革。由于目前负极材料的能量密度远大于正极,所以提高能量密度就要不断升级正极材料。


3.系统能量密度:提升电池包的成组效率。电池包的成组考验的是电池攻城狮们对单体电芯和模组排兵布阵的能力,需要以安全性为前提,最大程度地利用每一寸空间。


钜大特种电池工程研究院

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