新能源车补里提到的电池能量密度到底是什么？

      戊戌春节前夕，财政部、工信部、科技部、发改委四部委正式发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，新补贴提高了非快充类纯电动客车、专用车等车型的动力电池系统能量密度门槛，加快淘汰低能量密度电池。说到这儿，到底何为电池能量密度？

 

      能量密度是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池能量密度=电池容量×放电平台/电池厚度/电池宽度/电池长度，基本单位为Wh/kg（瓦时/千克）。

 

      电池的能量密度越大，单位体积内存储的电量越多。

 

圆柱形锂电池结构图

 

      关于电池能量密度，现在我们都知道了它俨然是目前电池行业，甚至是电动汽车行业向前大跨步的最明显的突破口，但是突破它，真的是很难啊！



      典型电池设计非活性物质(除引线等)的占比


      据悉，电池的能量密度基本由电池的正负极决定的，但只是正负极活性材料也不能保证电池能发上电，得有很多非活性物质，比如导电辅助剂、活性粉末之间的粘结剂、隔离膜、阴阳极的箔材、绝缘固定的胶纸、铝塑膜壳或者钢铝壳等等。


      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。

 

      还有的就是以增大原来电池尺寸来达到电量扩容的效果。

 

      我们最熟悉的例子莫过于：率先使用松下18650电池的知名电动车企特斯拉将换装新款21700电池。而原因并非18650电池有任何质量问题，只是18650电池单颗容量小，普遍在2-4Ah左右，串并联数量过多，单体失效风险概率较大，导致其在电动汽车领域的应用受到一定的限制。


      而21700电池在尺寸上相比18650电池（直径18mm，长度65mm）更大，达到了直径21mm，长度70mm。如果想再形象一点来考虑这个问题，我们不妨来看看来自Hitech Energy的计算，仅考虑单体的密集堆积进行计算，可知：30支21700的体积是40支18650体积的1.1倍，质量则为0.97倍。


      在同等能量下，所需电池的数量可减少约1/3，电池包内部金属连接件数量减少，从而进一步降低电池包的重量，整车的能量密度将得到部分提升，达到接近300kw/kg。

 

以下三点尤为引人注意：

 

1.到2020年，锂离子动力电池单体比能量大于300Wh/kg；系统比能量争取达到260Wh/kg；成本小于1元/瓦时；使用环境达-30℃到55℃；具备3C充电能力。

 

2.到2025年，单体比能量达500Wh/kg。

 

3.力争实现单体电池350Wh/kg、系统260Wh/kg的锂离子电池产品产业化和整车应用。

 

我国各锂电企业电池能量密度达到什么水平了呢？

 

宁德时代：目前宁德时代已经在开发能量密度190Wh/kg，15分钟满冲的快冲电池，预计在今年量产。另外，宁德时代规划在2020年之前做到300—350Wh/kg的电池能量密度，并把成本降低到每瓦时低于1块钱，让新能源汽车能够和传统燃油汽车同台竞争。

 

比亚迪：目前比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为150Wh，而接下来比亚迪计划将能量密度继续提升到160Wh。除了磷酸铁锂电池，比亚迪也在同步开发三元锂电池，而如果将三元锂电池的技术结合到磷酸铁锂电池上，对原有用石墨作为负极材料的做法进行一些调整，那么在2020年左右，比亚迪计划将磷酸铁锂电池的单体能量密度提升到200Wh。

 

      另外，在跟进的三元电池方面，比亚迪的三元电池已经具备量产条件，目前能量密度也达到了200Wh/kg。比亚迪三元电池的目标是2018年电池比能量达到240Wh/kg，2020年达到300Wh/kg。

 

沃特玛：生产的32650圆柱型动力磷酸铁锂电池，单体能量密度已经达到145Wh/kg，下一步目标是实现160Wh/kg；三元电池目前能量密度为200Wh/kg，预计到2020年达到300Wh/kg的水平。

 

国轩高科：科技部网站2017年5月19日消息称，在国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项的支持下，由合肥国轩高科动力能源有限公司牵头承担的项目“高比能量动力锂离子电池的研发与集成应用”取得了阶段性进展，开发完成能量密度达281Wh/kg和302Wh/kg的电池单体样品。

 

比克：在能量密度提升上，比克动力从2007年开始三元电池研发，正极材料体系经过NCM111、NCM532到目前NCM811、NCA的研发；负极材料方面，人造石墨已到达能量密度提升天花板，目前多集中在硅基材料的研发。