锂电池有哪几个部分组成？如何提高锂电池的能量密度？
来源：宝鄂实业
2019-06-13 22:16
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锂电池的四个部分非常关键：正极、负极、电解质、膈膜。其中正负极是发生化学反应的地方，相当于人体“任督二脉”。
由于目前负极材料的能量密度远大于正极，正极材料就成为了“木桶的短板”——锂离子电池的能量密度下限取决于正极材料，所以提高能量密度就要不断升级正极材料。但是，我国高镍材料开发起步晚，技术积累较为薄弱，制备工艺及装备条件较为落后。
“批量稳定供应高性能的高镍正极材料，是高比能量动力电池开发的关键技术难点之一。”吴凯说，为此，宁德时代依托国家工程研究中心、福建省重点实验室等重大科研平台，通过与产业链上下游合作单位的协同开发，优化原材料合成工艺条件，提高结构稳定性，调整微观结构、控制材料形貌和尺寸分布，逐步实现了国产高镍材料的规模化生产及应用。
与日韩竞争对手的同类材料相比，目前国产高镍材料具备可逆容量高、压实密度高、表面及体相结构相对稳定的特点，将打破日韩技术垄断，提升国内产业链技术水平及国产动力电池核心竞争力，打掉创新路上的“第一只拦路虎”。
颠覆传统，解决负极材料的硬伤
负极材料也是锂离子电池的核心材料之一，目前大多采用石墨作为负极材料。随着对续航里程需求的持续升级，传统石墨负极已不能满足市场对电池能量密度的期望。
据测算，硅基负极材料的比容量可达石墨负极的10倍，被看作是后者的“替代者”。传统硅基材料的应用，主要采用碳包覆技术，即在硅材料表面复合一层碳材料。吴凯介绍，但由于硅材料充放电过程中体积变化高达300％，多次循环后表面包覆的碳材料会破碎、脱落，对硅材料的保护作用大幅减弱，从而导致电池循环性能不佳。
这一世界级难题如“幽灵”一般困扰产业界10来年之久。
宁德时代摒弃了传统碳包覆技术，转向研究人造电解质界面膜包覆技术。历时2年多，将这一技术应用到硅材料制备，开发出具有自主知识产权的新型人造电解质界面膜包覆的硅碳复合负极材料，其循环性能表现显著优于国外产品，打掉创新路上的“第二只拦路虎”。
“与碳材料相比，人造电解质界面膜与硅材料的结合作用力更强、弹性更好、不易破碎或粉化，对硅材料起到很好的保护作用，因此能够在循环中大幅提高硅材料的界面稳定性，从而提升电池的循环寿命。”吴凯说，此举将促进我国充分掌握材料改性、前驱体合成等多方面的核心技术，实现关键材料技术的国产化，为硅碳复合负极的逐步商业化推广应用提供了重要保障。
完美“瘦身”，率先使用航空级别的“7系铝”
在能耗不变，体积和重量都受限的情况下，新能源汽车续航里程，主要取决于电池包的能量密度。
“这就考验研究人员为电池包‘瘦身’的能力。”吴凯说，宁德时代首次将航空级别的“7系铝”运用至电池包下箱体。“7系铝”，铝中的“战斗铝”，常被用于制造飞机起落架，具备轻盈、坚固、安全等特性。
由于目前负极材料的能量密度远大于正极，正极材料就成为了“木桶的短板”——锂离子电池的能量密度下限取决于正极材料，所以提高能量密度就要不断升级正极材料。但是，我国高镍材料开发起步晚，技术积累较为薄弱，制备工艺及装备条件较为落后。
“批量稳定供应高性能的高镍正极材料，是高比能量动力电池开发的关键技术难点之一。”吴凯说，为此，宁德时代依托国家工程研究中心、福建省重点实验室等重大科研平台，通过与产业链上下游合作单位的协同开发，优化原材料合成工艺条件，提高结构稳定性，调整微观结构、控制材料形貌和尺寸分布，逐步实现了国产高镍材料的规模化生产及应用。
与日韩竞争对手的同类材料相比，目前国产高镍材料具备可逆容量高、压实密度高、表面及体相结构相对稳定的特点，将打破日韩技术垄断，提升国内产业链技术水平及国产动力电池核心竞争力，打掉创新路上的“第一只拦路虎”。
颠覆传统，解决负极材料的硬伤
负极材料也是锂离子电池的核心材料之一，目前大多采用石墨作为负极材料。随着对续航里程需求的持续升级，传统石墨负极已不能满足市场对电池能量密度的期望。
据测算，硅基负极材料的比容量可达石墨负极的10倍，被看作是后者的“替代者”。传统硅基材料的应用，主要采用碳包覆技术，即在硅材料表面复合一层碳材料。吴凯介绍，但由于硅材料充放电过程中体积变化高达300％，多次循环后表面包覆的碳材料会破碎、脱落，对硅材料的保护作用大幅减弱，从而导致电池循环性能不佳。
这一世界级难题如“幽灵”一般困扰产业界10来年之久。
宁德时代摒弃了传统碳包覆技术，转向研究人造电解质界面膜包覆技术。历时2年多，将这一技术应用到硅材料制备，开发出具有自主知识产权的新型人造电解质界面膜包覆的硅碳复合负极材料，其循环性能表现显著优于国外产品，打掉创新路上的“第二只拦路虎”。
“与碳材料相比，人造电解质界面膜与硅材料的结合作用力更强、弹性更好、不易破碎或粉化，对硅材料起到很好的保护作用，因此能够在循环中大幅提高硅材料的界面稳定性，从而提升电池的循环寿命。”吴凯说，此举将促进我国充分掌握材料改性、前驱体合成等多方面的核心技术，实现关键材料技术的国产化，为硅碳复合负极的逐步商业化推广应用提供了重要保障。
完美“瘦身”，率先使用航空级别的“7系铝”
在能耗不变，体积和重量都受限的情况下，新能源汽车续航里程，主要取决于电池包的能量密度。
“这就考验研究人员为电池包‘瘦身’的能力。”吴凯说，宁德时代首次将航空级别的“7系铝”运用至电池包下箱体。“7系铝”，铝中的“战斗铝”，常被用于制造飞机起落架，具备轻盈、坚固、安全等特性。
