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新能源車補貼里提到的電池能量密度到底是什么?

2018-03-05

戊戌春節前夕,財政部、工信部、科技部、發改委聯合發布《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》,新補貼提高了非快充類純電動客車、專用車等車型的動力電池系統能量密度門檻,加快淘汰低能量密度電池。說到這兒,到底何為電池能量密度?

能量密度是指在一定的空間或質量物質中儲存能量的大小。電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質量所釋放出的電能。電池能量密度=電池容量×放電平臺/電池厚度/電池寬度/電池長度,基本單位為Wh/kg(瓦時/千克)。

電池的能量密度越大,單位體積內存儲的電量越多。

關于電池能量密度,現在我們都知道了它儼然是目前電池行業,甚至是電動汽車行業向前大跨步的*明顯的突破口,但是突破它,真的是很難啊!

據悉,電池的能量密度基本由電池的正負極決定的,但只是正負極活性材料也不能保證電池能發上電,得有很多非活性物質,比如導電輔助劑、活性粉末之間的粘結劑、隔離膜、陰陽極的箔材、絕緣固定的膠紙、鋁塑膜殼或者鋼鋁殼等等。

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。

還有的就是以增大原來電池尺寸來達到電量擴容的效果。

我們*熟悉的例子莫過于:率先使用松下18650電池的知名電動車企特斯拉將換裝新款21700電池。而原因并非18650電池有任何質量問題,只是18650電池單顆容量小,普遍在2-4Ah左右,串并聯數量過多,單體失效風險概率較大,導致其在電動汽車領域的應用受到一定的限制。

而21700電池在尺寸上相比18650電池(直徑18mm,長度65mm)更大,達到了直徑21mm,長度70mm。如果想再形象一點來考慮這個問題,我們不妨來看看來自Hitech Energy的計算,僅考慮單體的密集堆積進行計算,可知:30支21700的體積是40支18650體積的1.1倍,質量則為0.97倍。

在同等能量下,所需電池的數量可減少約1/3,電池包內部金屬連接件數量減少,從而進一步降低電池包的重量,整車的能量密度將得到部分提升,達到接近300kw/kg。

以下三點尤為引人注意:

1.到2020年,鋰離子動力電池單體比能量大于300Wh/kg;系統比能量爭取達到260Wh/kg;成本小于1元/瓦時;使用環境達-30℃到55℃;具備3C充電能力。

2.到2025年,單體比能量達500Wh/kg。

3.力爭實現單體電池350Wh/kg、系統260Wh/kg的鋰離子電池產品產業化和整車應用。

我國各鋰電企業電池能量密度達到什么水平了呢?

寧德時代:目前寧德時代已經在開發能量密度190Wh/kg,15分鐘滿沖的快沖電池,預計在今年量產。另外,寧德時代規劃在2020年之前做到300—350Wh/kg的電池能量密度,并把成本降低到每瓦時低于1塊錢,讓新能源汽車能夠和傳統燃油汽車同臺競爭。

比亞迪:目前比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150Wh,而接下來比亞迪計劃將能量密度繼續提升到160Wh。除了磷酸鐵鋰電池,比亞迪也在同步開發三元鋰電池,而如果將三元鋰電池的技術結合到磷酸鐵鋰電池上,對原有用石墨作為負極材料的做法進行一些調整,那么在2020年左右,比亞迪計劃將磷酸鐵鋰電池的單體能量密度提升到200Wh。

另外,在跟進的三元電池方面,比亞迪的三元電池已經具備量產條件,目前能量密度也達到了200Wh/kg。比亞迪三元電池的目標是2018年電池比能量達到240Wh/kg,2020年達到300Wh/kg。

沃特瑪:生產的32650圓柱型動力磷酸鐵鋰電池,單體能量密度已經達到145Wh/kg,下一步目標是實現160Wh/kg;三元電池目前能量密度為200Wh/kg,預計到2020年達到300Wh/kg的水平。

國軒高科:科技部網站2017年5月19日消息稱,在國家重點研發計劃“新能源汽車”重點專項的支持下,由合肥國軒高科動力能源有限公司牽頭承擔的項目“高比能量動力鋰離子電池的研發與集成應用”取得了階段性進展,開發完成能量密度達281Wh/kg和302Wh/kg的電池單體樣品。

比克:在能量密度提升上,比克動力從2007年開始三元電池研發,正極材料體系經過NCM111、NCM532到目前NCM811、NCA的研發;負極材料方面,人造石墨已到達能量密度提**花板,目前多集中在硅基材料的研發。

天津力神:4月13日科技部網站消息,由天津力神電池股份有限公司牽頭承擔的項目“高比能量密度鋰離子動力電池開發與產業化技術攻關”開發完成能量密度達260Wh/kg的動力電池單體,相比目前電動汽車普遍使用的動力電池能量密度提升了30%。

項目團隊圍繞提高動力電池重量比能量密度、大幅提升循環壽命等方面開展了深入研究和技術攻關,包括研制新型高鎳正極材料、硅碳復合負極材料以及新型電解液等;已開發完成重量比能量密度達260Wh/kg的單體電芯,在350次充放電循環后容量保持率達到83.28%;同時開發出了能量密度達280Wh/kg以及300Wh/kg的動力電池樣品。

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