什么是能量密度？動力電池的能量密度真的是越大越好嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-01 20:58
點擊量：次
能量密度(Energydensity)是指在單位一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲存能量的大小。電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。電池的能量密度一般分重量能量密度和體積能量密度兩個維度。
電池重量能量密度=電池容量×放電平臺/重量，基本單位為Wh/kg(瓦時/千克)。
電池體積能量密度=電池容量×放電平臺/體積，基本單位為Wh/L(瓦時/升)。
電池的能量密度越大，單位體積、或重量內(nèi)存儲的電量越多。
二、單體能量密度
電池的能量密度常常指向兩個不同的概念，一個是單體電芯的能量密度，一個是電池系統(tǒng)的能量密度。電芯是一個電池系統(tǒng)的最小單元。M個電芯組成一個模組，N個模組組成一個電池包，這是車用動力電池的基本結構。
動力電池電芯
單體電芯能量密度，顧名思義是單個電芯級別的能量密度。根據(jù)《中國制造2025》明確了動力電池的發(fā)展規(guī)劃：2020年，電池能量密度達到300Wh/kg；2025年，電池能量密度達到400Wh/kg；2030年，電池能量密度達到500Wh/kg。這里指的就是單個電芯級別的能量密度。
三、系統(tǒng)能量密度
系統(tǒng)能量密度是指單體組合完成后的整個電池系統(tǒng)的電量比整個電池系統(tǒng)的重量或體積。因為電池系統(tǒng)內(nèi)部包含電池管理系統(tǒng)，熱管理系統(tǒng)，高低壓回路等占據(jù)了電池系統(tǒng)的部分重量和內(nèi)部空間，因此電池系統(tǒng)的能量密度都比單體能量密度低。
系統(tǒng)能量密度=電池系統(tǒng)電量/電池系統(tǒng)重量OR電池系統(tǒng)體積
四、電池能量密度極限在哪里？
究竟是什么限制了鋰電池的能量密度？電池背后的化學體系是主要原因難逃其咎。一般而言，鋰電池的四個部分非常關鍵：正極，負極，電解質(zhì)，膈膜。正負極是發(fā)生化學反應的地方，相當于任督二脈，重要地位可見一斑。
在電動汽車行駛里程一次次被刷新的背后，也意味著電池的能量密度也在一次次提高。技術的突破固然可喜，但是電池的能量密度是不是越大越好呢？是否存在一個最優(yōu)值？
日前，北汽新能源上市發(fā)布了續(xù)駛里程達460km的EU400，成為繼去年上市的比亞迪e6400及今年2月上市的騰勢400之后，又一款續(xù)駛里程超過400km的電動汽車。而據(jù)最新消息，將于9月上市的奇瑞艾瑞澤5e的續(xù)駛里程也將超過400km。
在電動汽車行駛里程一次次被刷新的背后，也意味著電池的能量密度也在一次次提高。技術的突破固然可喜，但是電池的能量密度是不是越大越好呢？是否存在一個最優(yōu)值？
雖然電動汽車行駛里程已突破400km，但人們依舊迫切希望能有更高里程的車輛出來。“續(xù)駛里程當然是越長越好。我開的就是電動汽車，平時只敢在市區(qū)開，如果續(xù)駛里程更長，我就可以放心地開到郊區(qū)去玩了。”在記者的采訪過程中，一位消費者說出了他的心聲。這也代表著現(xiàn)有電池的能量密度還滿足不了消費者的需求。國家政策亦是要求純電動乘用車動力電池系統(tǒng)的質(zhì)量能量密度不低于90Wh/kg，對高于120Wh/kg的按1.1倍給予補貼?？梢灶A見的是如何提高電池的能量密度仍會是未來的主要方向。
在眾多鋰電池種類中，因三元材料性價比高、發(fā)展有潛力大被廣泛研究改進，相比其他類型的鋰電池，三元鋰電池有著明顯的優(yōu)點。
一是政策要求到2020年動力電池單體比能量超過300瓦時/公斤，系統(tǒng)比能量力爭達到260瓦時/公斤、成本降至1元/瓦時以下，該技術路線較有潛力達到；
二是政策激勵和補貼引導，積分制對電耗和續(xù)航里程不同的車型采用不同積分。純電乘用車隨續(xù)航里程的不同而有所區(qū)別；能量密度成為補貼數(shù)額的重要考量依據(jù)。
而在今年1-6月，國內(nèi)三元鋰動力電池的份額已達到73%，磷酸鐵鋰電池僅14%。這主要在于三元電池相對磷酸鐵鋰在能量密度與循環(huán)壽命上優(yōu)勢突出，這也是選擇三元鋰電池的重要原因所在。
“雖然國內(nèi)外都采用三元鋰電池，但就技術來看，國內(nèi)電池技術水平還有很大提升空間。”在某新能源汽車公司從事電池系統(tǒng)研究的工程師徐良（化名）表示。目前國內(nèi)電池單體大多為長方體，電池穩(wěn)定性相對較差，在電池串、并聯(lián)時需要加裝銅板，還要加裝冷卻及加熱系統(tǒng)等，這些都要占據(jù)一定的空間，進而也就限制了電池組的容量。
據(jù)了解，目前國外新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)更多采用的是圓柱形三元鋰電池，如18650三元鋰電池。這類電池穩(wěn)定性更強，且能量密度高，同樣空間條件下，其電池組所釋放的電量要高于國內(nèi)生產(chǎn)的電池。但即便如此，受電池材料所限，任何電池的能量密度都有極限，在固定體積的空間下，如果不改變電池材料，電池的能量密度便不能提升。
由于空間和材料的限制，未來的電池能量密度將不會有太大的提升。單純的增加電池單體的數(shù)量以及重量，這不僅提高了車輛的價格，同時也增加了車輛的重量，降低車輛的經(jīng)濟性。
未來并不需要電池的能量密度無限大，只要滿足汽車正常行駛里程即可。針對電動汽車續(xù)駛里程的問題，早在2015年，就有專家提出了觀點。中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高曾表示，他不支持發(fā)展500km以上續(xù)駛里程的純電動乘用車，其中原因并不是技術無法滿足，而是性價比不高。
在近日舉辦的鋰產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇上，歐陽明高提出，隨著電池容量及電動汽車續(xù)駛里程的提升，電動汽車安全性的挑戰(zhàn)也會全方位倍增，給整車電器安全、電池安全、充電安全、電網(wǎng)安全帶來重大技術挑戰(zhàn)。
