电池能量密度是什么?各锂电企业做到什么水平?

2018-02-24  |  By Clover  |  In 新闻

戊戌春节前夕,财政部、工信部、科技部、发改委四部委正式发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,新补贴提高了非快充类纯电动客车、专用车等车型的动力电池系统能量密度门槛,加快淘汰低能量密度电池。说到这儿,到底何为电池能量密度?

能量密度是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池能量密度=电池容量×放电平台/电池厚度/电池宽度/电池长度,基本单位为Wh/kg(瓦时/千克)。

电池的能量密度越大,单位体积内存储的电量越多。

圆柱形锂电池结构图

关于电池能量密度,现在我们都知道了它俨然是目前电池行业,甚至是电动汽车行业向前大跨步的最明显的突破口,但是突破它,真的很难。

典型电池设计非活性物质(除引线等)的占比

据悉,电池的能量密度基本由电池的正负极决定的,但只是正负极活性材料也不能保证电池能发上电,得有很多非活性物质,比如导电辅助剂、活性粉末之间的粘结剂、隔离膜、阴阳极的箔材、绝缘固定的胶纸、铝塑膜壳或者钢铝壳等等。

我们中大部分人总是有意无意的忽略这部分物质的含量,得出的能量密度与事实相差较大,误导吃瓜群众。其实,这部分相当重要,就拿过去十几年的技术进步来说,电池能量密度的提升主要就是靠着活性物质占比的提升来实现的。

还有的就是以增大原来电池尺寸来达到电量扩容的效果。

我们最熟悉的例子莫过于:率先使用松下18650电池的知名电动车企特斯拉将换装新款21700电池。而原因并非18650电池有任何质量问题,只是18650电池单颗容量小,普遍在2-4Ah左右,串并联数量过多,单体失效风险概率较大,导致其在电动汽车领域的应用受到一定的限制。

图中为21700电池

而21700电池在尺寸上相比18650电池(直径18mm,长度65mm)更大,达到了直径21mm,长度70mm。如果想再形象一点来考虑这个问题,我们不妨来看看来自Hitech Energy的计算,仅考虑单体的密集堆积进行计算,可知:30支21700的体积是40支18650体积的1.1倍,质量则为0.97倍。

在同等能量下,所需电池的数量可减少约1/3,电池包内部金属连接件数量减少,从而进一步降低电池包的重量,整车的能量密度将得到部分提升,达到接近300kw/kg。

以下三点尤为引人注意:

1.到2020年,锂离子动力电池单体比能量大于300Wh/kg;系统比能量争取达到260Wh/kg;成本小于1元/瓦时;使用环境达-30℃到55℃;具备3C充电能力。

2.到2025年,单体比能量达500Wh/kg。

3.力争实现单体电池350Wh/kg、系统260Wh/kg的锂离子电池产品产业化和整车应用。

我国各锂电企业电池能量密度达到什么水平了呢?

宁德时代:目前宁德时代已经在开发能量密度190Wh/kg,15分钟满冲的快冲电池,预计在今年量产。另外,宁德时代规划在2020年之前做到300—350Wh/kg的电池能量密度,并把成本降低到每瓦时低于1块钱,让新能源汽车能够和传统燃油汽车同台竞争。

比亚迪:目前比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为150Wh,而接下来比亚迪计划将能量密度继续提升到160Wh。除了磷酸铁锂电池,比亚迪也在同步开发三元锂电池,而如果将三元锂电池的技术结合到磷酸铁锂电池上,对原有用石墨作为负极材料的做法进行一些调整,那么在2020年左右,比亚迪计划将磷酸铁锂电池的单体能量密度提升到200Wh。

另外,在跟进的三元电池方面,比亚迪的三元电池已经具备量产条件,目前能量密度也达到了200Wh/kg。比亚迪三元电池的目标是2018年电池比能量达到240Wh/kg,2020年达到300Wh/kg。

沃特玛:生产的32650圆柱型动力磷酸铁锂电池,单体能量密度已经达到145Wh/kg,下一步目标是实现160Wh/kg;三元电池目前能量密度为200Wh/kg,预计到2020年达到300Wh/kg的水平。

国轩高科:科技部网站2017年5月19日消息称,在国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项的支持下,由合肥国轩高科动力能源有限公司牵头承担的项目“高比能量动力锂离子电池的研发与集成应用”取得了阶段性进展,开发完成能量密度达281Wh/kg和302Wh/kg的电池单体样品。

比克:在能量密度提升上,比克动力从2007年开始三元电池研发,正极材料体系经过NCM111、NCM532到目前NCM811、NCA的研发;负极材料方面,人造石墨已到达能量密度提升天花板,目前多集中在硅基材料的研发。

以下是比克动力电池产品技术及能量密度路线图:

天津力神:4月13日科技部网站消息,由天津力神电池股份有限公司牵头承担的项目“高比能量密度锂离子动力电池开发与产业化技术攻关”开发完成能量密度达260Wh/kg的动力电池单体,相比目前电动汽车普遍使用的动力电池能量密度提升了30%。

项目团队围绕提高动力电池重量比能量密度、大幅提升循环寿命等方面开展了深入研究和技术攻关,包括研制新型高镍正极材料、硅碳复合负极材料以及新型电解液等;已开发完成重量比能量密度达260Wh/kg的单体电芯,在350次充放电循环后容量保持率达到83.28%;同时开发出了能量密度达280Wh/kg以及300Wh/kg的动力电池样品。

文章来源:储能头条 作者:胡炫清

 



 

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