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动力电池能量密度能否再提高？

时间: 2018-11-21 10:13 浏览次数：

三元锂离子动力电池目前已经看到能量密度的天花板了，高镍材料、碳硅负极的锂电池单体能量密度最高应该在300Wh/kg左右，正负不超过20Wh/kg。国家863计划节能与新能源汽车重大项目总

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。

除了提升活性物质占比，还有不少公司和企业在电池轻量化上下功夫。通过辅材（钢壳、箔材）轻量化技术和电芯空间利用率优化设计，来提升电池的能量密度，但是这种做法是有一定风险的。相对会牺牲一点单体电池在设计上的安全性和一致性，我认为这没有必要，毕竟电池的稳定关乎安全，一定要谨慎为之。

三元锂离子动力电池目前已经看到能量密度的“天花板”了，高镍材料、碳硅负极的锂电池单体能量密度最高应该在300Wh/kg左右，正负不超过20Wh/kg。

　　——国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目总体专家组专家肖成伟。

　　按照国家动力电池技术路线图的规划，2020年锂离子电池的单体能量密度目标为350Wh/kg，从目前的动力电池技术来看，肖成伟认为这一目标可能无法达到。

　　而现在距离2020年还有2年时间，可以产业化的下一代动力电池也并没有浮出水面。

　　目前，我国新能源汽车市场上的纯电动汽车所搭载的动力电池，大多数为三元锂材料和磷酸铁锂材料电池。尽管相比铅酸和镍氢电池，能量密度已经有了极大的提高，但是依然难以打消消费者的里程焦虑困扰。

　　毫无疑问，动力电池技术瓶颈在很长一段时间内，阻碍了新能源汽车产业化进程。

　　那么，锂离子电池密度究竟还能不能再提高了？

　　无论是三元锂材料电池还是磷酸铁锂电池，基本都由四大关键部分组成，即正极、负极、电解液和膜。现在基于这四种组成部分的锂电池，再提高能量密度并做到产业化应用，可能性不大。

　　一项新技术从实验室走向应用，往往要经历很多年的时间。

　　上海市机动车检测中心副主任缪文泉认为，2020年并不是一个遥远的未来，目前还没有看到任何确定性的解决方案，可能达成上述目标的新一代动力电池体系也屈指可数。

　　那么动力电池达不到技术路线规划的目标，我国新能源汽车发展的进程会不会受阻？

　　当然不会！

　　因为影响动力电池性能的不仅仅是比能量密度一个指标，还有动力电池的比功率密度、安全性、一致性、循环寿命等多种因素，在众多指标和成本之间找到一个产业化应用的平衡点，才是支撑新能源汽车发展的关键。

　　此外，目前日韩正在研究胶体电池，这是一种没有电解液和隔膜的新型电池，有可能给电池带来质变，但是现在还没有产业化的消息。

　　在缪文泉看来，提高动力电池比能量的技术途径有很多：

　　一是工艺进步，但如今电池工艺设计已相对成熟，提高电池比能量的空间不大；

　　二是材料性能的提升，受制于自身物化性能，以磷酸铁锂和三元锂为正极、碳材料为负极的锂离子动力电池在能量密度上很难有大的突破；

　　三是新材料、新体系，即开发高比能新材料、发展动力电池新体系是未来动力电池比能量大幅度提升的主要途径。

　　如果不能有效地提高电池能量密度，那么是不是可以考虑从给电池包整体减重的角度去提高能量密度呢？

　　中国电池工业协会张旻昱博士认为，这个思路完全可行。她表示，动力电池电池包中，电芯的重量一般在1/3-2/3之间，其余部分为电路板、壳体等配件。如果将这些配件的重量有效降低，同时维持现有电芯能量密度的情况下，电池包整体的能量密度会有一个明显的提高。

　　在2010年左右，动力电池包因为安全等需要，往往采用金属外壳，电池包整体能量密度很低。后来在更换高聚合物外壳后，能量密度就有了一个大幅的提高。

　　电池包能量密度是一个系统问题，提高电芯能量密度是一个直接手段，但是如果做好电芯的布置，电路的规划，减轻壳体重量，为电池减负，也是提高电池能量密度的一个有效手段。

　　在实际应用中，北汽新能源EV200车型的电池箱下箱体使用铝合金材料，上盖采用复合材料，能够有效减重几十公斤。

　　北汽新能源副总经理王可峰表示，通过降低电池箱整体重量，可以实现整车减重，是提升电池箱能量密度的一个有效手段。另外他表示，更换更轻材料一般都会导致电池成本的上涨，现在北汽新能源也在加紧这方面的研究，争取应用更轻更强成本更低的材料。

　　目前来看，各大电池企业为达成350Wh/kg的目标，不仅需要研发新电池，还要对电池包进行减重，两者要并行。

　　动力电池因为装配在汽车之上，需要经过各种工况的测试，要保证一定的结构安全。将钢壳换成碳纤维壳或其他材料的外壳，只要能保证强度要求，完全可行。

　　另外，电池包另一项重要指标是散热与均热能力。如果电池组局部过热，会导致电池内阻不一致，电芯放电容量下降，那些放电不充分的电芯从某种意义上说，为电池包增了重。

　　虽然电池包能量密度达到350Wh/kg，光靠为电池减重可能是无法达到的，但是动力电池作为一个系统，这方面的作用不能忽视。国内企业比较缺乏基础性研究，过度追求高比能量电芯，这是错误的，应该均衡发展，在研发新型材料电池的同时，重视对现有电池体系的减重。