怎樣提高鋰電池體積能量密度？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-02-11 19:58
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以鋰電池為例，其在體積能量密度方面有優(yōu)勢(shì)，具有成為動(dòng)力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景，但瓶頸是高比能量動(dòng)力電池的安全性相對(duì)較低。有人因?yàn)榘踩詥栴}，對(duì)動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展路線提出質(zhì)疑。
1.減薄殼體、集流體、隔膜、增加電極壓實(shí)密度、減少粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑使用量，提高活性物質(zhì)在電極中的含量；但是相應(yīng)的會(huì)帶來一些風(fēng)險(xiǎn)：薄的殼體會(huì)使電池安全性降低，集流體使電極容易發(fā)生斷裂，薄的隔膜導(dǎo)致的安全性的降低等，增加電極壓實(shí)密度則可能導(dǎo)致吸液率降低及極片變脆等。
2.將高容量低壓實(shí)的材料與高壓實(shí)的材料混合形成復(fù)合材料體系，提高復(fù)合材料體系的壓實(shí)密度。
3.選擇具有高比容量的正負(fù)極材料或是高電壓平臺(tái)的正極材料。
鋰硫電池被視為下一代高能量密度電池體系的理想選擇之一，受到全世界科研界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注，也是未來各國布局的重點(diǎn)研究方向之一，但隨著研究的不斷深入，鋰硫電池也面臨日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前商用的鋰電池能量密度為260Wh/kg和700Wh/L左右。
目前存在的主要問題是體積能量密度低，導(dǎo)致其在很多重要的市場(chǎng)應(yīng)用中失去競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)高電解液用量也成為了其重量能量密度提高的瓶頸。此外，金屬鋰負(fù)極的安全性和長(zhǎng)循環(huán)壽命還未很好解決。鋰電池能量密度高.其體積能量密度和質(zhì)量能最密度分別可達(dá)450Wh/dm3和150Wh/kg.而且還在不斷提高。
鋰硫電池體積能量密度低的原因主要有以下兩點(diǎn)：從本征上來說，活性物質(zhì)鋰和硫的理論密度比較低，鋰0.534g/cm3、硫2.07g/cm3，而鋰離子電池中的鈷酸鋰和三元等材料的理論密度要高很多；
從電極構(gòu)造來說，還有一個(gè)最重要的原因是硫是電子和離子絕緣體，所以需要將硫分散到大量的高比表面積的導(dǎo)電碳中才能發(fā)揮其容量，而使用大量導(dǎo)電碳帶來的問題是整個(gè)正極的比表面積很高，氣孔率很高，通常來說傳統(tǒng)碳硫正極的氣孔率是鋰離子電池正極的兩倍。
鋰電池被很多人認(rèn)為已經(jīng)基本達(dá)到能量密度理論值的天花板。近幾年曾表示鋰單體能量密度165wh/kg，包體140wh/kg。未來兩年規(guī)劃單體能量密度提升至180wh/kg以上，體積比能量密度將提升50%，包體提升至160wh/kg，壽命長(zhǎng)達(dá)8年120萬公里，成本還可以節(jié)約30%。
