三元鋰電池能量密度高嗎

來源：存能電氣  日期：2019-04-29 21:59  瀏覽量：次

　　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)格也來到了一個(gè)廠家能夠接受的范圍。

　　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?，三元鋰材料比磷酸鐵鋰的優(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來說，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)來說，三元鋰電池技術(shù)路線則較有希望。