01

純電動(dòng)車電池的能量密度高低有多重要?

這似乎就像在討論心臟的跳動(dòng)對(duì)于人體有多重要一般，一輛純電動(dòng)車，或者說(shuō)的更標(biāo)準(zhǔn)一點(diǎn)，一輛電池動(dòng)力車的性能、續(xù)航里程、可靠性都取決于其電池包內(nèi)的電池?cái)?shù)量以及單節(jié)電池內(nèi)的能量密度。這個(gè)公式很好理解：總電量=電池?cái)?shù)量×單節(jié)電池能量密度。

而現(xiàn)代汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其實(shí)已經(jīng)很死板了，留給電池組的空間也就那么一點(diǎn)，大部分車型都集中在坐艙地板下方，當(dāng)然這也是出于安全性和空間性的考慮。

所以說(shuō)，電池?cái)?shù)量已經(jīng)被限制在某一個(gè)區(qū)間內(nèi)，無(wú)法大幅提升。想要增強(qiáng)電池車性能，唯有在能量密度上做文章。

02

什么是電池能量密度?

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。

據(jù)悉，電池的能量密度基本由電池的正負(fù)極決定的，但只是正負(fù)極活性材料也不能保證電池能發(fā)上電，得有很多非活性物質(zhì)，比如導(dǎo)電輔助劑、活性粉末之間的粘結(jié)劑、隔離膜、陰陽(yáng)極的箔材、絕緣固定的膠紙、鋁塑膜殼或者鋼鋁殼等等。

我們中大部分人總是有意無(wú)意的忽略這部分物質(zhì)的含量，得出的能量密度與事實(shí)相差較大，誤導(dǎo)吃瓜群眾。其實(shí)，這部分相當(dāng)重要，就拿過(guò)去十幾年的技術(shù)進(jìn)步來(lái)說(shuō)，電池能量密度的提升主要就是靠著活性物質(zhì)占比的提升來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

還有的就是以增大原來(lái)電池尺寸來(lái)達(dá)到電量擴(kuò)容的效果。

我們最熟悉的例子莫過(guò)于：率先使用松下18650電池的知名電動(dòng)車企特斯拉將換裝新款21700電池。而原因并非18650電池有任何質(zhì)量問(wèn)題，只是18650電池單顆容量小，普遍在2-4Ah左右，串并聯(lián)數(shù)量過(guò)多，單體失效風(fēng)險(xiǎn)概率較大，導(dǎo)致其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定的限制。

而21700電池在尺寸上相比18650電池(直徑18mm，長(zhǎng)度65mm)更大，達(dá)到了直徑21mm，長(zhǎng)度70mm。如果想再形象一點(diǎn)來(lái)考慮這個(gè)問(wèn)題，我們不妨來(lái)看看來(lái)自HitechEnergy的計(jì)算，僅考慮單體的密集堆積進(jìn)行計(jì)算，可知：30支21700的體積是40支18650體積的1.1倍，質(zhì)量則為0.97倍。

在同等能量下，所需電池的數(shù)量可減少約1/3，電池包內(nèi)部金屬連接件數(shù)量減少，從而進(jìn)一步降低電池包的重量，整車的能量密度將得到部分提升，達(dá)到接近300kw/kg。

以下三點(diǎn)尤為引人注意：

1.到2020年，鋰離子動(dòng)力電池單體比能量大于300Wh/kg;系統(tǒng)比能量爭(zhēng)取達(dá)到260Wh/kg;成本小于1元/瓦時(shí);使用環(huán)境達(dá)-30℃到55℃;具備3C充電能力。

2.到2025年，單體比能量達(dá)500Wh/kg。

3.力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)單體電池350Wh/kg、系統(tǒng)260Wh/kg的鋰離子電池產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化和整車應(yīng)用。

03

我國(guó)各電池動(dòng)力鋰電池能量密度達(dá)到什么水平了呢?

比亞迪：目前，比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150Wh，而接下來(lái)比亞迪計(jì)劃將能量密度繼續(xù)提升到160Wh。除了磷酸鐵鋰電池，比亞迪也在同步開(kāi)發(fā)三元鋰電池，而如果將三元鋰電池的技術(shù)結(jié)合到磷酸鐵鋰電池上，對(duì)原有用石墨作為負(fù)極材料的做法進(jìn)行一些調(diào)整，那么在2020年左右，比亞迪計(jì)劃將磷酸鐵鋰電池的單體能量密度提升到200Wh。

另外，在跟進(jìn)的三元電池方面，比亞迪的三元電池已經(jīng)具備量產(chǎn)條件，目前能量密度也達(dá)到了200Wh/kg。比亞迪三元電池的目標(biāo)是2018年電池比能量達(dá)到240Wh/kg，2020年達(dá)到300Wh/kg。

沃特瑪：生產(chǎn)的32650圓柱型動(dòng)力磷酸鐵鋰電池，單體能量密度已經(jīng)達(dá)到145Wh/kg，下一步目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)160Wh/kg;三元電池目前能量密度為200Wh/kg，預(yù)計(jì)到2020年達(dá)到300Wh/kg的水平。

國(guó)能電池：早在2013年，國(guó)能磷酸鐵鋰和三元電池單體能量密度就達(dá)到了160Wh/kg和200Wh/kg。預(yù)計(jì)2017年年底，磷酸鐵鋰電池單體能量密度將達(dá)到180Wh/kg、PACK達(dá)到134Wh/kg，三元電池能量密度將突破240Wh/kg。

捷威動(dòng)力：在能量密度方面，公司目前已經(jīng)量產(chǎn)的三元軟包電池單體比能量達(dá)210WH/Kg。在提高電池安全性的基礎(chǔ)上，預(yù)計(jì)2020年公司軟包電池單體能量密度可達(dá)300WH/Kg，Pack成組后可達(dá)220WH/Kg;鈦酸鋰電池單體能量密度達(dá)到110WH/Kg以上。

智慧能源：公司量產(chǎn)的動(dòng)力電池單體能量密度可達(dá)220Wh/Kg，PACK成組后能量密度達(dá)到140Wh/Kg。同時(shí)，公司BMS系統(tǒng)可做到5級(jí)防護(hù)，電池包采用輕量化材料，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

比克電池：2016年，比克三元材料動(dòng)力電池行業(yè)占比30%以上，位列第一。目前比克單體電芯能量密度近220Wh/kg，后續(xù)還將進(jìn)一步提升至300Wh/kg。

卡耐新能源：卡耐新能源已經(jīng)可以批量供應(yīng)能量密度220Wh/kg電芯，系統(tǒng)比能量大于130Wh/kg電芯，同時(shí)工藝和技術(shù)層面已經(jīng)分別實(shí)現(xiàn)250Wh/kg、技術(shù)300Wh/kg產(chǎn)品儲(chǔ)備。

可以預(yù)見(jiàn)，隨著政府的大力支持和倡導(dǎo)，電池技術(shù)和行業(yè)發(fā)展會(huì)迎來(lái)重大變革。作為純電動(dòng)車的命脈，電池單體能量密度肯定會(huì)有所提升，達(dá)到非常有競(jìng)爭(zhēng)力的水平，屆時(shí)對(duì)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和推廣的作用也是巨大的。