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怎么提高锂电池能量密度
编辑:广东易电能源科技有限公司   发布时间:2021-01-07

         锂电池生产厂家分析,能量密度(Energydensity)是指在单位一定的空间或质量物质中贮存能量的大小。电池的能量密度也就是电池均匀单位体积或质量所释放出的电能。电池的能量密度普通分重量能量密度和体积能量密度两个维度。

         什么是能量密度?

         能量密度(Energydensity)是指在单位一定的空间或质量物质中贮存能量的大小。电池的能量密度也就是电池均匀单位体积或质量所释放出的电能。电池的能量密度普通分重量能量密度和体积能量密度两个维度。

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

        电池体积能量密度=电池容量×放电平台/体积,根本单位为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。

        什么是单体能量密度?

        电池的能量密度常常指向两个不同的概念,一个是单体电芯的能量密度,一个是电池系统的能量密度。

        电芯是一个电池系统的小单元。M个电芯组成一个模组,N个模组组成一个电池包,这是车用动力电池的根本构造。

        单体电芯能量密度,望文生义是单个电芯级别的能量密度。

        依据《中国制造2025》明白了动力电池的开展规划:2020年,电池能量密度到达300Wh/kg;2025年,电池能量密度到达400Wh/kg;2030年,电池能量密度到达500Wh/kg。这里指的就是单个电芯级别的能量密度。

        什么是系统能量密度?

       系统能量密度是指单体组合完成后的整个电池系统的电量比整个电池系统的重量或体积。由于电池系统内部包含电池管理系统,热管理系统,上下压回路等占领了电池系统的局部重量和内部空间,因而电池系统的能量密度都比单体能量密度低。

       系统能量密度=电池系统电量/电池系统重量OR电池系统体积

       终究是什么限制了锂电池生产厂家锂电池的能量密度?

       电池背后的化学体系是主要缘由难逃其咎。

       普通而言,锂电池的四个局部十分关键:正极,负极,电解质,膈膜。正负极是发作化学反响的中央,相当于任督二脉,重要位置可见一斑。我们都晓得以三元锂为正极的电池包系统能量密度要高于以磷酸铁锂为正极的电池包系统。这是为什么呢?

       现有的锂离子电池负极资料多以石墨为主,石墨的理论克容量372mAh/g。正极资料磷酸铁锂理论克容量只要160mAh/g,而三元资料镍钴锰(NCM)约为200mAh/g。

       依据木桶理论,水位的上下决议于木桶较短处,锂离子电池的能量密度下限取决于正极资料。

       磷酸铁锂的电压平台是3.2V,三元的这一指标则是3.7V,两相比拟,能量密度高低立分:16%的差额。

       当然,除了化学体系,消费工艺程度如压实密度、箔材厚度等,也会影响能量密度。普通来说,压实密度越大,在有限空间内,电池的容量就越高,所以主材的压实密度也被看做电池能量密度的参考指标之一。

       在《大国重器II》第四集中,宁德时期采用了6微米铜箔,应用先进的工艺程度,提升了能量密度。

       假如你能坚持每行读下来不断读到这里。祝贺,你对电池的了解曾经上了一个层次。

       如何进步能量密度呢?

       新资料体系的采用、锂电池构造的精调、制造才能的提升是研发工程师“长袖善舞”的三块舞台。下面,我们会从单体和系统两个维度停止解说。

       ——单体能量密度,主要依托化学体系的打破

       1、增大电池尺寸

       锂电池生产厂家能够经过增大原来电池尺寸来到达电量扩容的效果。我们熟悉的例子莫过于:率先运用松下18650电池的知名电动车企特斯拉将换装新款21700电池。

       但是电芯“变胖”或者“长个”只是治本,并不治标。釜底抽薪的方法,是从构成电池单元的正负极资料以及电解液成分中,找到进步能量密度的关键技术。

       2、化学体系革新

       前面提到,电池的能量密度受制于由电池的正负极。由于目前负极资料的能量密度远大于正极,所以进步能量密度就要不时晋级正极资料。

       高镍正极

       三元资料通指镍钴锰酸锂氧化物大家族,我们能够经过改动镍、钴、锰这三种元素的比例来改动电池的性能。

       在图硅碳负极

       硅基负极资料的比容量能够到达4200mAh/g,远高于石墨负极理论比容量的372mAh/g,因而成为石墨负极的有力替代者。

      目前,用硅碳复合资料来提升电池能量密度的方式,已是业界公认的锂离子电池负极资料开展方向之一。特斯拉发布的Model3就采用了硅碳负极。

      在将来,假如想要百尺竿头更进一步——打破单体电芯350Wh/kg的关口,业内同行们可能需求着眼于锂金属负极型的电池体系,不过这也意味着整个电池制造工艺的更迭与精进。中几种典型三元资料中能够看出,镍的占比越来越高,钴的占比越来越低。镍的含量越高,意味着电芯的比容量就越高。另外,由于钴资源稀缺,进步镍的比例,将降低的降低钴的运用量。

      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才能,需求以平安性为前提,大水平天时用每一寸空间。

      电池包的“瘦身”主要有以下几种方式。

      优化排布构造

      从外形尺寸方面,能够优化系统内部的布置,让电池包内部零部件排布愈加紧凑高效。

      拓扑优化

      我们经过仿真计算在确保坚强度及构造牢靠性的前提下,完成减重设计。经过该技术,能够完成拓扑优化和形貌优化后协助完成电池箱体轻量化。

     选材

     我们能够选择低密度资料,如电池包上盖曾经从传统的钣金上盖逐渐转变为复合资料上盖,能够减重约35%。针对电池包下箱体,曾经从传统的钣金计划逐渐转变为铝型材的计划,减重量约40%,轻量化效果明显。

     整车一体化设计

     整车一体化设计与整车构造设计通盘思索,尽可能共享、共用构造件,例如防碰撞设计,完成的轻量化电池是一个很全方位的产品,你要提升某一方面的性能,可能会牺牲其他方面的性能,这是锂电池生产厂家电池设计研发的了解根底。动力电池属于车载专用,因此能量密度不是权衡电池质量的独一尺度。