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，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，速度也能更快。而電壓平臺是電池能量密度的重要指標，決定著電池的基本效能和成本，電壓平臺越高，比容量越大，所以同樣體積、重量，甚至同樣安時的電池，電壓平臺比較高的三元材料鋰電池續(xù)航時間更長。

　　能量密度（Energydensity）是指在一定的空間或質量物質中儲存能量的大小。電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質量所釋放出的電能。電池能量密度=電池容量×放電平臺/電池厚度/電池寬度/電池長度，基本單位為Wh/kg（瓦時/千克）。電池的能量密度越大，單位體積內存儲的電量越多。

　　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，三元鋰電池的價格也來到了一個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、碳硅負極的鋰電池單體能量密度最高應該在300Wh／kg左右，正負不超過20Wh／kg。目前，我國新能源汽車市場上的純電動汽車所搭載的動力電池，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到了200Wh/kg。可以看出，三元鋰材料比磷酸鐵鋰的優(yōu)勢還是很明顯的。深圳另外一家電池企業(yè)比克電池的三元材料動力電池單體電芯能量密度近220Wh/kg，在行業(yè)內算是比較高的。從適應政策的角度看，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)勢在于電池能量密度高，其儲能密度通常在200Wh/kg以上，相對于磷酸鐵鋰的90-120Wh/kg來說，這樣的表現(xiàn)對于輕量化設計更加友好，也更適合現(xiàn)階段新能源乘用車市場對續(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。越來越多的國內外企業(yè)和研究機構將重心集中到了固態(tài)電池上。目前純電動汽車的發(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，純電動車的續(xù)航里程就無法大幅提高，純電動汽車的發(fā)展將智能依賴于政策支持，缺乏市場動力。

　　業(yè)內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。要想進一步提升三元鋰電池的能量密度，就需要進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，電池內部的熱反應就會非常劇烈，安全問題令人擔憂。

　　依靠三元里電池技術路線，動力電池能量密度要做到350Wh/kg的目標，難度很大。因此行業(yè)希望依靠固態(tài)電池進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的電池。其固態(tài)電解質不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，高溫下表現(xiàn)良好，安全性更高。固態(tài)電池會大大降低電動車自燃的概率。越來越多的國內外企業(yè)和研究機構將重心集中到了全固態(tài)鋰電池上。大眾曾宣布計劃研發(fā)續(xù)航1000km固態(tài)電池;豐田汽車預計2022年完成固態(tài)電池的研發(fā)工作，并計劃于2030年實現(xiàn)量產(chǎn)。

　　電解質材料是全固態(tài)鋰電池技術的核心，目前固態(tài)電解質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)化的應用案例;氧化物循環(huán)性能良好，適用于薄膜柔性結構;硫化物電導率最高，是未來主要方向。

　　提高動力三元鋰電池比能量的技術途徑

　　一、工藝進步，但如今電池工藝設計已相對成熟，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、碳材料為負極的鋰離子動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)展動力三元鋰電池新體系是未來動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系統(tǒng)問題，提高電芯能量密度是一個直接手段，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，也是提高電池能量密度的一個有效手段。

　　無論技術如何改進，磷酸鐵鋰動力電池電芯的能量密度達到300Wh/kg的希望都較為迷茫，相對來說，三元鋰電池技術路線則較有希望。