新能源汽车电池能量密度如何提升呢？
来源：宝鄂实业
2019-03-18 09:39
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新能源汽车的购买心理障碍很多，但其中最为焦虑的恐怕就是续航能力了。就笔者的试驾而言，厂家说标称的续航里程一般都要再打个对折。这更加剧了焦虑感。
主要是由于电池的原因。
纯电动新能源汽车想要增加续航里程，其实方法很简单，就是堆足够多的电池。
其实道理又不难，多堆电池而已，堆的多就跑的远，小学生都能做的加法啊。但为什么基本没有厂家这么做呢？
看似简单，实际不简单。我们以特斯拉为例，75kWh的电池标称续航为469KM，那么很简单了，装1505kWh的电池应该可以跑938KM，装上2255kWh的电池就可以跑1407KM。这是很简单的数学题，两倍电池就两杯续航，三倍电池就三倍续航。很天经地义。
但基本没戏，这是因为增加的电池电量基本都用来承受电池本身的重量了。好比行军打仗，背上三天的干粮就能走三天，那么背上一百天的干粮能否走三月呢？似乎可行，但其实连三分钟都走不了，粮食直接把人压死了。
所以真正的解决之道，只能是提高电池密度。将普通饼干做成压缩饼干。
顺便说一下，受限于目前的电池技术，动力电池的能量密度再130-160WH/kg之间，而汽油则为12222WH/kg，所以新能源汽车的的动力电池往往高达数百公斤但仅能提供二百多公里的续航里程。
也就是说能量密度限制了目前新能源汽车的发展，在能量密度无法提高的情况下，电池堆积到一定程度，重量将反噬自身。当然这或许未必是坏事，毕竟好多人就喜欢手感重的。
目前主流的是18650电芯，目前国家提出了《中国制造2025》规划，明确了动力电池的发展：2020年电池能量密度要达到300Wh/kg；2025年要达到400Wh/kg；2030年要达到500Wh/kg。
此外还需要参考系统能量密度，因为电池是个系统，还要包含电池管理系统、热管理系统、高低压回路等，这些不见也要占用电池系统的重量和内部空间的。因此最终作为成品的电池系统的能量密度远比单颗电芯要低。
如何提升能力量密度？
可以从单体和系统两个维度进行密度提升。涵盖新材料采用、电池结构精调和制造能力提升三方面。
1、增大电池尺寸
电池厂家可以通过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。
但是电芯“变胖”或者“长个”只是治标，并不治本。釜底抽薪的办法，是从构成电池单元的正负极材料以及电解液成分中，找到提高能量密度的关键技术。
2、化学体系变革
电池的能量密度受制于电池的正负极。由于目前负极材料的能量密度远大于正极，所以提高能量密度就要不断升级正极材料。
3、系统能量密度
提升电池包的成组效率，需要以安全性为前提，最大程度地利用每一寸空间。电池包的“瘦身”主要有以下几种方式。
①优化排布结构。从外形尺寸方面优化系统内部的布置，让电池包内部零部件排布更加紧凑高效。
②拓扑优化。可以通过仿真计算在确保刚强度及结构可靠性的前提下实现减重设计，实现拓扑优化和形貌优化最终帮助实现电池箱体轻量化。
③选材。可以选择低密度材料，如电池包上盖已经从传统的钣金上盖逐步转变为复合材料上盖，可以减重约35%。针对电池包下箱体，已经从传统的钣金方案逐步转变为铝型材的方案，减重量约40%，轻量化效果明显。
④整车一体化设计。整车一体化设计与整车结构设计通盘考虑，尽可能共享、共用结构件，例如防碰撞设计，实现极致的轻量化。
影响动力电池性能的不仅仅是能量密度一个指标，还有比功率密度、安全性、一致性和循环寿命等多种因素，在众多指标和成本之间找到平衡点才是王道，单一提升莫个单项并不是发展之道。
对磷酸铁锂材料厂而言，最大困境在于客车市场销售增速放缓，而储能领域难以短期上量。同时，受制于磷酸铁锂电池本身能量密度的短板，无法抓住乘用车这一高速增长的市场。
真锂研究的数据显示，2018年前三季度，在29.5GWh的动力电池总装机量中，EV乘用车市场前3季度累计装机16.1GWh，占比达54.4％，排名第一。单看今年9月的数据，电动乘用车实现装机3.31GWh，比去年的总和还多，同比增长高达165.6％。
“以前是得电动客车者得天下，现在是得电动乘用车者得天下。”墨柯说。
今年前三季度，在电动乘用车16.06GWh的总装机量中，13.98GWh采用三元电池，占比约为87％；而磷酸铁锂电池占比仅12％。“还有少数乘用车在用磷酸铁锂电池。比如，不追求高续航、用于城市通勤的乘用车，或者低速车。”天风证券分析师杨藻指出。
磷酸铁锂电池和三元电池能量密度差距有多大？“目前磷酸铁锂单体电芯能量密度约在140-150Wh/kg，电池系统能量密度约为110－120Wh/kg。而常见的三元电池单体电芯为200Wh/kg，系统能量密度约在140Wh/kg。”罗焕塔告诉中国证券报记者。
为何高能量密度成为电池厂、车企竞逐的目标？一方面受补贴政策引导。根据2018年6月实施的补贴新政，电池系统能量密度补贴门槛由2017年的90Wh/kg提升105Wh/kg，105（含）-120Wh/kg的车型按0.6倍补贴，120（含）-140Wh/kg的车型按1倍补贴，140（含）-160Wh/kg的车型按1.1倍补贴，160Wh/kg及以上的车型按1.2倍补贴。换言之，搭载磷酸铁锂电池的乘用车只能拿到0.6倍或1倍的补贴，而三元电池一般而言至少能拿到1倍以上补贴。
另一方面，对于乘用车而言，系统能量密度高低至关重要。电池的能量密度指的是电池平均单位体积或质量所释放出的电能，会影响到车辆的续航里程。“举个例子，200公斤电池包，如果能量密度是140Wh/kg，200KG可以装28度电。如果能量密度是120Wh/kg，200KG可以装24度电。这对乘用车而言很要命，因为乘用车内部空间有限，整体结构设计中只有200公斤左右的重量留给电池包，装28度电当然比24度电跑得更远。”墨柯告诉记者。
头部磷酸铁锂电池厂正在努力补足这一短板。比亚迪相关人士向中国证券报记者透露，目前公司磷酸铁锂电池系统层面能量密度最高可以做到140wh/kg。
国轩高科今年9月接受机构调研时表示，已完成了磷酸铁锂单体能量密度由170Wh/kg向180Wh/kg产线升级改造。接近三元523的性能指标，且能满足新能源汽车300公里以上的续航里程。同时计划2019年将磷酸铁锂单体电芯能量密度最高提升至接近200Wh/kg。
头部企业尤其是早期技术路线偏向磷酸铁锂的企业多在进行两手准备，提升磷酸铁锂技术路线的同时，蓄力发展三元电池。
上述比亚迪相关人士指出，目前比亚迪商用车和E6仍然在使用磷酸铁锂电池，乘用车今年已经全部换装三元电池。2018年，比亚迪在青海新增了24GWh的三元电池产能，加上截至2017年底16Gwh的总产能（其中6Gwh是三元电池，10Gwh是磷酸铁锂电池），预计2019年年底动力电池总产能达40Gwh。
国轩高科表示，正全力推进三元电池开发及投产，已完成原有两条111产线升级为三元622产线的改造，并已稳定、批量向客户供货。同时新建的4GWH升级版三元产线，已经完成一条产线的打通，预计四季度供货。
“以前走磷酸铁锂路线的中小电池厂要转换三元路线就没那么容易。一来原来上游供应商的关系都在磷酸电池体系上，要重新建立三元体系比较困难；二来还要与现有电池厂在客户资源上展开竞争。”墨柯指出。
