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探討電池的能量密度

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年01月04日  

電池容量簡單來說就是電池能裝多少電,電池容量越大,裝的電就越多,車子跑的就越遠,但這樣會導致車輛過重,反而影響續航。所以今天我們來講一講另一個提升容量的方法——增大電池能量密度。

什么是電池能量密度

“能量密度”既然被稱為密度,那么就跟我們初中物理學的概念一樣,它表示單位體積/質量電池內儲存的電量。也就是說,如果電池的能量密度大的話,要實現相同的容量,就可以少帶幾個電池,減少電池的重量;或者在相同重量的前提下,多帶幾個電池,增大電池容量。

密度這個東西相信大家都能理解,我就不在這里瞎比喻了,但如果真的要比喻一下,下面這個流傳很廣的,相同重量肥肉和肌肉的體積對比圖就很合適:

提升續航里程的法寶,關于電池能量密度的那些事

能量密度跟什么有關?

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

上面那段話什么意思呢?拿鋰離子電池舉個例子,正極負責產生鋰離子,電解液負責運輸,負極負責接收。我們站著說話不腰疼的分析一下,提高的方法無非就是:正極多產生點鋰離子,電解液多運輸點,負極多接收點……這是一個“道理我都懂,就是實現起來比較困難”的事。

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比如說著名的特斯拉21700電池,就是通過這些手段來提高鋰離子電池的能量密度的:使用直徑更大的電芯(21毫米)、提高正極活性物質占比、減少結構件等非活性材料的比重。

提升續航里程的法寶,關于電池能量密度的那些事

能量密度的提升也有很多黑科技,如果你足夠關注電動車的話,能在科技、汽車網站上刷出很多相關新聞。

為什么車企比消費者更關心能量密度?

這個事是國家牽的頭,財政部、工信部、科技部、發改委聯合發布《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》,這里面跟電池能量密度有關的是這幾條:

1.到2020年,鋰離子動力電池單體比能量大于300瓦時/千克;系統比能量爭取達到260瓦時/千克(在12月18日發布的新規中取消);成本小于1元/瓦時;使用環境達-30℃到55℃;具備3C充電能力。

2.到2025年,單體比能量達500瓦時/千克。

3.力爭實現單體電池瓦時/千克、系統260瓦時/千克的鋰離子電池產品產業化和整車應用。

那么怎么逼企業實現這個大目標呢?只要把能量密度和補貼掛鉤就行了嘛。

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按這個補貼方式來看,2018年能量密度能達到160瓦時/千克就能獲得最高補貼,2019年網傳這個值要變為180瓦時/千克。

汽車廠商和電池供應商做到什么水平了?


按現在這個表所展示的情況來看,好像沒人能拿到網傳的2019年最高補貼,這里面能量密度最高的是風神E70500,170瓦時/千克,這個電池是寧德時代提供的。

但是汽車廠商和電池廠商也是有小目標的,比如這份寧德時代的產品規劃顯示,2019年他們是能拿出180瓦時/千克的電池的。

提升續航里程的法寶,關于電池能量密度的那些事

再看比亞迪,比亞迪明年計劃主推235瓦時/千克的三元方形電芯產品,但具體應用狀況如何,還將受到政策、市場等多方面因素影響。照此成組效率推測,比亞迪明年也可能達到180瓦時/千克的水平。

還有國軒高科,此前他們承接了國家科技部的300瓦時/千克高能量密度電池專項課題,目前該項目進展順利,新技術也將在未來逐步實現商業化應用。

聽說電池能量密太高影響安全?

對于目前鋰離子電池來說,高能量密度就意味著單位體積內活躍的鋰離子更多,鋰離子這個東西就是喜歡燃燒,也就是從理論上來講,盲目追求過高能量密度,而保護措施又跟不上的話,的確會導致安全性降低。

提升續航里程的法寶,關于電池能量密度的那些事

要不你們以為,上面說的《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》里第一條的前半句為什么被取消了?

關于安全問題,只能靠各位專家來不斷攻克了,我們這些凡人在此多說也無用,筆者給大家介紹幾種增加電池安全性的理論方法吧。

1.從單體電芯方面努力,比如正負極材料的改進、電解液添加阻燃劑等。

2.從PACK的層面努力,更注重電池與使用環境的關系,比如說廠商經常拿來宣傳的

各種電池包測試等,加強防護結構、阻燃設計、過流保護等都是有用的辦法。

3.接著就是BMS等系統控制方面的東西,如果說前面兩個是讓電池身體更強壯,裝備更齊全,那BMS的加強就是讓電池的腦子變得更好。

總結

一句話,作為一個媒體和消費者,我們希望廠商在2019年能在保證安全的前提下,讓自己的車子能拿到盡可能高的補貼,畢竟安全和金錢是我們最關心的問題不是?如果這兩點真的互為矛盾的話,那筆者建議選擇的,當然是舍“金錢”而取“安全”。

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