什么限制了電池的能量密度

究竟是什么限制了鋰離子電池的能量密度？電池背后的化學(xué)體系是重要原因難逃其咎。

一般而言，鋰離子電池的四個部分非常關(guān)鍵：正極，負極，電解質(zhì)，膈膜。正負極是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的地方，相當(dāng)于任督二脈，重要地位可見一斑。

我們都了解以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)。這是為何呢？

現(xiàn)有的鋰離子電池負極材料多以石墨為主，石墨的理論克容量372mAh/g。正極材料磷酸鐵鋰理論克容量只有160mAh/g，而三元材料鎳鈷錳（NCM）約為200mAh/g。

根據(jù)木桶理論，水位的高低決定于木桶最短處，鋰離子電池的能量密度下限取決于正極材料。

磷酸鐵鋰的電壓平臺是3.2V，三元的這一指標(biāo)則是3.7V，兩相比較，能量密度高下立分：16%的差額。

當(dāng)然，除了化學(xué)體系，生產(chǎn)工藝水平如壓實密度、箔材厚度等，也會影響能量密度。一般來說，壓實密度越大，在有限空間內(nèi)，電池的容量就越高，所以主材的壓實密度也被看做電池能量密度的參考指標(biāo)之一。

假如你能堅持每行讀下來一直讀到這里。恭喜，你對電池的理解已經(jīng)上了一次。

如何提高能量密度

新材料體系的采用、鋰離子電池結(jié)構(gòu)的精調(diào)、制造能力的提升是研發(fā)工程師長袖善舞的三塊舞臺。下面，我們會從單體和系統(tǒng)兩個維度進行講解。

1.增大電池尺寸

電池廠家可以通過增大原來電池尺寸來達到電量擴容的效果。我們最熟悉的例子莫過于：率先使用松下18650電池的知名電動汽車企特斯拉將換裝新款21700電池。

但是電芯變胖或者長個只是治標(biāo)，并不治本。釜底抽薪的辦法，是從構(gòu)成電池單元的正負極材料以及電解液成分中，找到提高能量密度的關(guān)鍵技術(shù)。

2.化學(xué)體系變革

前面提到，電池的能量密度受制于由電池的正負極。由于目前負極材料的能量密度遠大于正極，所以提高能量密度就要不斷升級正極材料。