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動力電池能量密度能否再提高？

時間: 2018-11-21 10:13 瀏覽次數：

三元鋰離子動力電池目前已經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。國家863計劃節能與新能源汽車重大項目總

我們中大部分人總是有意無意的忽略這部分物質的含量，得出的能量密度與事實相差較大，誤導吃瓜群眾。其實，這部分相當重要，就拿過去十幾年的技術進步來說，電池能量密度的提升主要就是靠著活性物質占比的提升來實現的。

除了提升活性物質占比，還有不少公司和企業在電池輕量化上下功夫。通過輔材（鋼殼、箔材）輕量化技術和電芯空間利用率優化設計，來提升電池的能量密度，但是這種做法是有一定風險的。相對會犧牲一點單體電池在設計上的安全性和一致性，我認為這沒有必要，畢竟電池的穩定關乎安全，一定要謹慎為之。

三元鋰離子動力電池目前已經看到能量密度的“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。

　　——國家“863”計劃節能與新能源汽車重大項目總體專家組專家肖成偉。

　　按照國家動力電池技術路線圖的規劃，2020年鋰離子電池的單體能量密度目標為350Wh/kg，從目前的動力電池技術來看，肖成偉認為這一目標可能無法達到。

　　而現在距離2020年還有2年時間，可以產業化的下一代動力電池也并沒有浮出水面。

　　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，大多數為三元鋰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。

　　毫無疑問，動力電池技術瓶頸在很長一段時間內，阻礙了新能源汽車產業化進程。

　　那么，鋰離子電池密度究竟還能不能再提高了？

　　無論是三元鋰材料電池還是磷酸鐵鋰電池，基本都由四大關鍵部分組成，即正極、負極、電解液和膜。現在基于這四種組成部分的鋰電池，再提高能量密度并做到產業化應用，可能性不大。

　　一項新技術從實驗室走向應用，往往要經歷很多年的時間。

　　上海市機動車檢測中心副主任繆文泉認為，2020年并不是一個遙遠的未來，目前還沒有看到任何確定性的解決方案，可能達成上述目標的新一代動力電池體系也屈指可數。

　　那么動力電池達不到技術路線規劃的目標，我國新能源汽車發展的進程會不會受阻？

　　當然不會！

　　因為影響動力電池性能的不僅僅是比能量密度一個指標，還有動力電池的比功率密度、安全性、一致性、循環壽命等多種因素，在眾多指標和成本之間找到一個產業化應用的平衡點，才是支撐新能源汽車發展的關鍵。

　　此外，目前日韓正在研究膠體電池，這是一種沒有電解液和隔膜的新型電池，有可能給電池帶來質變，但是現在還沒有產業化的消息。

　　在繆文泉看來，提高動力電池比能量的技術途徑有很多：

　　一是工藝進步，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；

　　二是材料性能的提升，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；

　　三是新材料、新體系，即開發高比能新材料、發展動力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。

　　如果不能有效地提高電池能量密度，那么是不是可以考慮從給電池包整體減重的角度去提高能量密度呢？

　　中國電池工業協會張旻昱博士認為，這個思路完全可行。她表示，動力電池電池包中，電芯的重量一般在1/3-2/3之間，其余部分為電路板、殼體等配件。如果將這些配件的重量有效降低，同時維持現有電芯能量密度的情況下，電池包整體的能量密度會有一個明顯的提高。

　　在2010年左右，動力電池包因為安全等需要，往往采用金屬外殼，電池包整體能量密度很低。后來在更換高聚合物外殼后，能量密度就有了一個大幅的提高。

　　電池包能量密度是一個系統問題，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。

　　在實際應用中，北汽新能源EV200車型的電池箱下箱體使用鋁合金材料，上蓋采用復合材料，能夠有效減重幾十公斤。

　　北汽新能源副總經理王可峰表示，通過降低電池箱整體重量，可以實現整車減重，是提升電池箱能量密度的一個有效手段。另外他表示，更換更輕材料一般都會導致電池成本的上漲，現在北汽新能源也在加緊這方面的研究，爭取應用更輕更強成本更低的材料。

　　目前來看，各大電池企業為達成350Wh/kg的目標，不僅需要研發新電池，還要對電池包進行減重，兩者要并行。

　　動力電池因為裝配在汽車之上，需要經過各種工況的測試，要保證一定的結構安全。將鋼殼換成碳纖維殼或其他材料的外殼，只要能保證強度要求，完全可行。

　　另外，電池包另一項重要指標是散熱與均熱能力。如果電池組局部過熱，會導致電池內阻不一致，電芯放電容量下降，那些放電不充分的電芯從某種意義上說，為電池包增了重。

　　雖然電池包能量密度達到350Wh/kg，光靠為電池減重可能是無法達到的，但是動力電池作為一個系統，這方面的作用不能忽視。國內企業比較缺乏基礎性研究，過度追求高比能量電芯，這是錯誤的，應該均衡發展，在研發新型材料電池的同時，重視對現有電池體系的減重。