能量密度指的是在單位一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲(chǔ)存能量的大小。而電池的能量密度就是指電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。一般來說，我們把電池能量密度分為重量能量密度和體積能量密度。只要電池的能量密度越高，那么在單位重量或者體積內(nèi)儲(chǔ)存的電能也就越多。

 

目前來看，新能源汽車所使用的電池主要有鋰離子電池、鎳氫電池、燃料電池、鉛酸電池、鈉硫蓄電池等，其中三元鋰為正極的電池包系統(tǒng)能量密度要高于以磷酸鐵鋰為正極的電池包系統(tǒng)。其中涉及到材料使用所帶來的極限提升，除此之外，生產(chǎn)的工藝水平也會(huì)影響電池能量密度。

極限制約新發(fā)展，短期難以有突破

 

那么，就目前來看，現(xiàn)有的大部分電池能量密度是否存在極限呢？答案是肯定的，特別是受制于成本考慮和生產(chǎn)技術(shù)，目前能量密度較高的三元鋰電池能量密度也只有200mAh/g。而目前能量密度的提升還僅限于增大電池尺寸等手段，想要通過化學(xué)體系的變革來達(dá)到質(zhì)變，還需要不少時(shí)間。

那么，電池能量密度短期內(nèi)難以突破是否就意味著純電動(dòng)車發(fā)展收到了限制呢？實(shí)際上也不完全是，以特斯拉Model 3為例，其使用的是21700電池陣列，雖然結(jié)構(gòu)上看似簡(jiǎn)單粗暴，但這樣做的好處就是兼顧了能量密度和成本，缺點(diǎn)自然也是顯而易見，那就是對(duì)安全性提出了更高要求。

 

優(yōu)化設(shè)計(jì)來彌補(bǔ)，理想看待是關(guān)鍵

 

實(shí)際上除了特斯拉的做法，目前不少車企也在嘗試通過設(shè)計(jì)提升電池能量密度或者通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來提升純電動(dòng)車?yán)m(xù)航。比如從外形尺寸入手，優(yōu)化電池零件的內(nèi)部排列，以達(dá)到提高電池占用空間，使得電池排布更為緊湊高效的做法?；蛘咄ㄟ^使用新性材料來降低電池外殼的重量和體積，由此提升純電動(dòng)車?yán)m(xù)航。

 

無論哪種方法，在現(xiàn)階段看來，高能量密度的確代表車企的一部分實(shí)力，不過電池作為涉及車輛安全和生產(chǎn)成本的一個(gè)重要部分。并不能為了所謂的高能量密度就犧牲安全性，同時(shí)過高的成本也不利于大規(guī)模生產(chǎn)。作為車載部件，能量密度并非衡量電池甚至于電動(dòng)車的唯一標(biāo)準(zhǔn)，還需全方位考慮。不同于液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)具有極低的膨脹率，省去析氣（out-gassing）過程，抑制了陽極和陰極之間的枝晶生長(zhǎng)（可能會(huì)影響性能），延長(zhǎng)了電池壽命。LiRAP固體電解質(zhì)中的Li 離子在高電壓和高電流狀態(tài)下導(dǎo)電效果更佳，并能提升能量密度、電池電量以及使用安全。

 

　　目前PATHION正致力于鋰硫電池以及鈉離子電池的研發(fā)及改進(jìn)工作。鋰硫電池固態(tài)電解質(zhì)同樣基于LiRAP，不過目前高能量密度鋰硫電池尚未進(jìn)行商用化，障礙之一是其電量損耗較快、穩(wěn)定性不足且循環(huán)效率較低。而這主要是因?yàn)槠渖婕皬?fù)雜的反應(yīng)原理，包括鋰離子聚硫化物的可溶性不盡相同。

　　基于Li3ClO的玻璃電解質(zhì)，可充當(dāng)阻止聚硫化物擴(kuò)散進(jìn)鋰離子的“屏障”，此外，PATHION經(jīng)過多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，使用高效的硫離子陰極可以帶來高達(dá)6.9毫克/平方厘米的硫密度。