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探讨关于动力电池的能量密度

来源:钜大LARGE    2019-01-28    点击量:70

电池容量简单来说就是电池能装多少电,电池容量越大,装的电就越多,车子跑的就越远,但这样会导致车辆过重,反而影响续航。所以今天我们来讲一讲另一个提升容量的方法——增大电池能量密度。

什么是电池能量密度?

“能量密度”既然被称为密度,那么就跟我们初中物理学的概念一样,它表示单位体积/质量电池内储存的电量。也就是说,如果电池的能量密度大的话,要实现相同的容量,就可以少带几个电池,减少电池的重量;或者在相同重量的前提下,多带几个电池,增大电池容量。

密度这个东西相信大家都能理解,我就不在这里瞎比喻了,但如果真的要比喻一下,下面这个流传很广的,相同重量肥肉和肌肉的体积对比图就很合适。

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能量密度跟什么有关?

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。

上面那段话什么意思呢?拿锂离子电池举个例子,正极负责产生锂离子,电解液负责运输,负极负责接收。我们站着说话不腰疼的分析一下,提高的方法无非就是:正极多产生点锂离子,电解液多运输点,负极多接收点……这是一个“道理我都懂,就是实现起来比较困难”的事。

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比如说著名的特斯拉21700电池,就是通过这些手段来提高锂离子电池的能量密度的:使用直径更大的电芯(21毫米)、提高正极活性物质占比、减少结构件等非活性材料的比重。

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能量密度的提升也有很多黑科技,如果你足够关注电动车的话,能在科技、汽车网站上刷出很多相关新闻。

为什么车企比消费者更关心能量密度?

这个事是国家牵的头,财政部、工信部、科技部、发改委联合发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,这里面跟电池能量密度有关的是这几条:

1.到2020年,锂离子动力电池单体比能量大于300瓦时/千克;系统比能量争取达到260瓦时/千克(在12月18日发布的新规中取消);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500瓦时/千克。

3.力争实现单体电池瓦时/千克、系统260瓦时/千克的锂离子电池产品产业化和整车应用。

那么怎么逼企业实现这个大目标呢?只要把能量密度和补贴挂钩就行了嘛。

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按这个补贴方式来看,2018年能量密度能达到160瓦时/千克就能获得最高补贴,2019年网传这个值要变为180瓦时/千克。

汽车厂商和电池供应商做到什么水平了?


按现在这个表所展示的情况来看,好像没人能拿到网传的2019年最高补贴,这里面能量密度最高的是风神E70500,170瓦时/千克,这个电池是宁德时代提供的。

注意特斯拉那个是电芯能量密度,不是整个电池组的啊。

但是汽车厂商和电池厂商也是有小目标的,比如这份宁德时代的产品规划显示,2019年他们是能拿出180瓦时/千克的电池的。

再看比亚迪,比亚迪明年计划主推235瓦时/千克的三元方形电芯产品,但具体应用状况如何,还将受到政策、市场等多方面因素影响。照此成组效率推测,比亚迪明年也可能达到180瓦时/千克的水平。

还有国轩高科,此前他们承接了国家科技部的300瓦时/千克高能量密度电池专项课题,目前该项目进展顺利,新技术也将在未来逐步实现商业化应用。

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听说电池能量密太高影响安全?

对于目前锂离子电池来说,高能量密度就意味着单位体积内活跃的锂离子更多,锂离子这个东西就是喜欢燃烧,也就是从理论上来讲,盲目追求过高能量密度,而保护措施又跟不上的话,的确会导致安全性降低。

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要不你们以为,上面说的《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》里第一条的前半句为什么被取消了?

关于安全问题,只能靠各位专家来不断攻克了,我们这些凡人在此多说也无用,邦老师给大家介绍几种增加电池安全性的理论方法吧。

1.从单体电芯方面努力,比如正负极材料的改进、电解液添加阻燃剂等。

2.从PACK的层面努力,更注重电池与使用环境的关系,比如说厂商经常拿来宣传的各种电池包测试等,加强防护结构、阻燃设计、过流保护等都是有用的办法。

3.接着就是BMS等系统控制方面的东西,如果说前面两个是让电池身体更强壮,装备更齐全,那BMS的加强就是让电池的脑子变得更好。

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