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怎么提高鋰離子電池能量密度?

點(diǎn)擊次數(shù):   更新時(shí)間:23/11/16 15:57:11     來源:www.wangxinjuna.cn關(guān)閉分    享:
  能量密度(Energydensity)是指在單位一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲(chǔ)存能量的大小。鋰離子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。電池的能量密度一般分重量能量密度和體積能量密度兩個(gè)維度。
  一、變大電池尺寸
  電池廠家可以通過變大原來電池尺寸來達(dá)到電量擴(kuò)容的效果。我們熟悉的例子莫過于: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。
  但是電芯“變胖”或者“長個(gè)”只是治標(biāo),并不治本。釜底抽薪的辦法,是從構(gòu)成電池單元的正負(fù)極材料以及電解液成分中,找到提高能量密度的關(guān)鍵技術(shù)。
  二、化學(xué)體系變革
  前面提到,鋰離子電池的能量密度受制于由電池的正負(fù)極。由于目前負(fù)極材料的能量密度遠(yuǎn)大于正極,所以提高能量密度就要不斷升級(jí)正極材料。
  1.高鎳正極
  三元材料通指鎳鈷錳酸鋰氧化物大家族,我們可以通過改變鎳、鈷、錳這三種元素的比例來改變鋰離子電池的性能。
  2.在圖硅碳負(fù)極
  硅基負(fù)極材料的比容量可以達(dá)到4200mAh/g,遠(yuǎn)高于石墨負(fù)極理論比容量的372mAh/g,因此成為石墨負(fù)極的有力替代者。
  目前,用硅碳復(fù)合材料來提升鋰離子電池能量密度的方式,已是業(yè)界公認(rèn)的鋰離子電池負(fù)極材料發(fā)展方向之一。特斯拉發(fā)布的Model3就采用了硅碳負(fù)極。

  在未來,如果想要百尺竿頭更進(jìn)一步——突破單體電芯350Wh/kg的關(guān)口,業(yè)內(nèi)同行們可能需要著眼于鋰金屬負(fù)極型的電池體系,不過這也意味著整個(gè)鋰離子電池制作工藝的更迭與精進(jìn)。中幾種典型三元材料中可以看出,鎳的占比越來越高,鈷的占比越來越低。鎳的含量越高,意味著電芯的比容量就越高。另外,由于鈷資源缺少,提高鎳的比例,將降低的降低鈷的使用量。

鋰離子電池

  三、系統(tǒng)能量密度:提升鋰離子電池包的成組效率
  電池包的成組考驗(yàn)的是電池“攻城獅“們對(duì)單體電芯和模組排兵布陣的能力,需要以安全性為前提,大程度地利用每一寸空間。
  鋰離子電池包的“瘦身”主要有以下幾種方式。
  1.優(yōu)化排布結(jié)構(gòu)
  從外形尺寸方面,可以優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部的布置,讓電池包內(nèi)部零部件排布更加緊湊有效。
  2.拓?fù)鋬?yōu)化
  我們通過仿真計(jì)算在確保剛強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)可靠性的前提下,實(shí)現(xiàn)減重設(shè)計(jì)。通過該技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化和形貌優(yōu)化終幫助實(shí)現(xiàn)鋰離子電池箱體輕量化。
  3.選材
  我們可以選擇密度低的材料,如鋰離子電池包上蓋已經(jīng)從傳統(tǒng)的鈑金上蓋逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合材料上蓋,可以減重約35%。針對(duì)電池包下箱體,已經(jīng)從傳統(tǒng)的鈑金方案逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殇X型材的方案,減重量約40%,輕量化效果明顯。
  4.整車一體化設(shè)計(jì)
  整車一體化設(shè)計(jì)與整車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通盤考慮,盡可能共享、共用結(jié)構(gòu)件,例如防碰撞設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)極致的輕量化
  鋰離子電池是一個(gè)很全方面的產(chǎn)品,你要提升某一方面的性能,可能會(huì)犧牲其他方面的性能,這是電池設(shè)計(jì)研發(fā)的理解基礎(chǔ)。動(dòng)力電池屬于車載專用,因而能量密度不是衡量電池品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。
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