动力电池的能量密度真的是越大越好吗？
来源：宝鄂实业
2019-05-15 19:02
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能量密度(Energydensity)是指在单位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。电池的能量密度一般分重量能量密度和体积能量密度两个维度。
电池重量能量密度=电池容量×放电平台/重量，基本单位为Wh/kg(瓦时/千克)。
电池体积能量密度=电池容量×放电平台/体积，基本单位为Wh/L(瓦时/升)。
电池的能量密度越大，单位体积、或重量内存储的电量越多。
二、单体能量密度
电池的能量密度常常指向两个不同的概念，一个是单体电芯的能量密度，一个是电池系统的能量密度。电芯是一个电池系统的最小单元。M个电芯组成一个模组，N个模组组成一个电池包，这是车用动力电池的基本结构。
动力电池电芯
单体电芯能量密度，顾名思义是单个电芯级别的能量密度。根据《中国制造2025》明确了动力电池的发展规划：2020年，电池能量密度达到300Wh/kg；2025年，电池能量密度达到400Wh/kg；2030年，电池能量密度达到500Wh/kg。这里指的就是单个电芯级别的能量密度。
三、系统能量密度
系统能量密度是指单体组合完成后的整个电池系统的电量比整个电池系统的重量或体积。因为电池系统内部包含电池管理系统，热管理系统，高低压回路等占据了电池系统的部分重量和内部空间，因此电池系统的能量密度都比单体能量密度低。
系统能量密度=电池系统电量/电池系统重量OR电池系统体积
四、电池能量密度极限在哪里？
究竟是什么限制了锂电池的能量密度？电池背后的化学体系是主要原因难逃其咎。一般而言，锂电池的四个部分非常关键：正极，负极，电解质，膈膜。正负极是发生化学反应的地方，相当于任督二脉，重要地位可见一斑。
在电动汽车行驶里程一次次被刷新的背后，也意味着电池的能量密度也在一次次提高。技术的突破固然可喜，但是电池的能量密度是不是越大越好呢？是否存在一个最优值？
日前，北汽新能源上市发布了续驶里程达460km的EU400，成为继去年上市的比亚迪e6400及今年2月上市的腾势400之后，又一款续驶里程超过400km的电动汽车。而据最新消息，将于9月上市的奇瑞艾瑞泽5e的续驶里程也将超过400km。
在电动汽车行驶里程一次次被刷新的背后，也意味着电池的能量密度也在一次次提高。技术的突破固然可喜，但是电池的能量密度是不是越大越好呢？是否存在一个最优值？
虽然电动汽车行驶里程已突破400km，但人们依旧迫切希望能有更高里程的车辆出来。“续驶里程当然是越长越好。我开的就是电动汽车，平时只敢在市区开，如果续驶里程更长，我就可以放心地开到郊区去玩了。”在记者的采访过程中，一位消费者说出了他的心声。这也代表着现有电池的能量密度还满足不了消费者的需求。国家政策亦是要求纯电动乘用车动力电池系统的质量能量密度不低于90Wh/kg，对高于120Wh/kg的按1.1倍给予补贴。可以预见的是如何提高电池的能量密度仍会是未来的主要方向。
在众多锂电池种类中，因三元材料性价比高、发展有潜力大被广泛研究改进，相比其他类型的锂电池，三元锂电池有着明显的优点。
一是政策要求到2020年动力电池单体比能量超过300瓦时/公斤，系统比能量力争达到260瓦时/公斤、成本降至1元/瓦时以下，该技术路线较有潜力达到；
二是政策激励和补贴引导，积分制对电耗和续航里程不同的车型采用不同积分。纯电乘用车随续航里程的不同而有所区别；能量密度成为补贴数额的重要考量依据。
而在今年1-6月，国内三元锂动力电池的份额已达到73%，磷酸铁锂电池仅14%。这主要在于三元电池相对磷酸铁锂在能量密度与循环寿命上优势突出，这也是选择三元锂电池的重要原因所在。
“虽然国内外都采用三元锂电池，但就技术来看，国内电池技术水平还有很大提升空间。”在某新能源汽车公司从事电池系统研究的工程师徐良（化名）表示。目前国内电池单体大多为长方体，电池稳定性相对较差，在电池串、并联时需要加装铜板，还要加装冷却及加热系统等，这些都要占据一定的空间，进而也就限制了电池组的容量。
据了解，目前国外新能源汽车生产企业更多采用的是圆柱形三元锂电池，如18650三元锂电池。这类电池稳定性更强，且能量密度高，同样空间条件下，其电池组所释放的电量要高于国内生产的电池。但即便如此，受电池材料所限，任何电池的能量密度都有极限，在固定体积的空间下，如果不改变电池材料，电池的能量密度便不能提升。
由于空间和材料的限制，未来的电池能量密度将不会有太大的提升。单纯的增加电池单体的数量以及重量，这不仅提高了车辆的价格，同时也增加了车辆的重量，降低车辆的经济性。
未来并不需要电池的能量密度无限大，只要满足汽车正常行驶里程即可。针对电动汽车续驶里程的问题，早在2015年，就有专家提出了观点。中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高曾表示，他不支持发展500km以上续驶里程的纯电动乘用车，其中原因并不是技术无法满足，而是性价比不高。
在近日举办的锂产业国际高峰论坛上，欧阳明高提出，随着电池容量及电动汽车续驶里程的提升，电动汽车安全性的挑战也会全方位倍增，给整车电器安全、电池安全、充电安全、电网安全带来重大技术挑战。
