新能源车电池能量密度到底是什么?各锂电企业做到什么水平?
发布日期:2018-03-09        



戊戌春节前夕,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》,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。

 

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,真的是很难啊!

 

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,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。

 

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。

 


来源:电子工程世界-汽车电子
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