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鋰離子電池能量密度 550Wh/kg靠譜嗎?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1463次  |  2020年06月09日  

電池新聞三大月經(jīng)貼:能量密度更高,電池安全更好,快充時間更短。其實(shí)也怪不得,這也是老百姓的客觀需求,就拿電動汽車來說,人家就拿燃油車的油缸來搪塞你,看你那么大坨電池,我加那么一丟丟汽油,就能跑幾百公里,電池車呢,跑幾十公里就趴著了。氣啊,還不是能量密度低整的事兒。


從下圖(圖1汽油與鋰離子電池能量密度的比較)來看,鋰離子電池的能量密度和體積能量密度確實(shí)比較低。開安全環(huán)保的電動汽車的人就回過頭來指著搞電池的說,咋不像摩爾定律那樣,18個月就把電池能量密度翻個番,鋰離子電池不行,咱就換個其他的,誰行誰上。這還真不能那么急,咱來看看這些個能進(jìn)行充放電的電池都啥水平?再打開地圖找一找,看看是不是有啥錯過的寶貝,看看是不是那么容易,鋰離子電池是不是能達(dá)到燃油車的能量密度水平。


圖1現(xiàn)有電池體系能量密度


圖2汽油與鋰離子電池能量密度的比較


電池的能量密度基本由電池的正負(fù)極決定的,但光是正負(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、陰陽極的箔材、絕緣固定的膠紙、外邊鋁塑膜殼子或者鋼鋁殼等等(表1典型電池設(shè)計(jì)非活性物質(zhì)的占比)。我們的媒體,總喜歡搞大新聞,有意無意的忽略這部分物質(zhì)的含量,得出的能量密度老能高到天上去,與事實(shí)相差較大,誤導(dǎo)無辜吃瓜群眾。其實(shí),這部分相當(dāng)重要,就拿過去十幾年的技術(shù)進(jìn)步來說,我們電池的能量密度提升重要就是靠著活性物質(zhì)占比的提升來實(shí)現(xiàn)的。


表1典型電池設(shè)計(jì)非活性物質(zhì)(除引線等)的占比


圖3能量密度的變化與預(yù)測


CRABTREE2015年在Theenergy-storagefrontier:Lithium-ionbatteriesandbeyond中總結(jié)了過去25年松下18650電芯能量密度的變化。經(jīng)過千辛萬苦,現(xiàn)在電芯實(shí)際R占比(Real/Cal.)已經(jīng)達(dá)到了61%左右,實(shí)際電池系統(tǒng)加上管理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、引線等,成組實(shí)際能量密度會更進(jìn)一步降低。下表例舉了一部分現(xiàn)有實(shí)際電池能量密度,可憐的明日之星鋰硫電池才10%左右的理論容量發(fā)揮;按照Rmax=61%算,理論能量密度最高的鋰空的能量密度大概為3182Wh/kg。


中科院的吳嬌楊博士關(guān)于選取了現(xiàn)有理論容量較高、理論容量較低但是商業(yè)化比較成熟等綜合性能比較好的正負(fù)極材料,進(jìn)行正負(fù)極搭配,大致得出了結(jié)果:Li-rich-300對Si-C-2000的電芯體系,在所有的電池體系中具有最高質(zhì)量能能量密度584W·h/kg以及最高體積能量密度1645W·h/L。該數(shù)值不包括封裝材料與極耳。


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