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电池知识

锰酸锂电池理论最高能量密度会达到多少wh/kg??

来源:宝鄂实业    2019-05-12 20:51    点击量:

锰酸锂电池材料,主要为尖晶石锰酸锂LiMn2O4,理论比容量为148mAh/g,放电平台4.15V,材料能量密度是 (148 x 4.15) =614.2Wh/kg 。

但这只是正极材料的能量密度,还要算上负极,隔膜,电解液呢,电池外壳的质量,整体电池能量密度要远低于正极材料的能量密度。

而且,实际商业化的锰酸锂正极材料容量仅为123mAh/g,要低于148mAh/kg的理论比容量。

经过计算:锰酸锂电池能量密最多210wh/kg。

(信息来源:动力电池正极材料之争 谁将笑到最后?--电池中国

目前市场上锰酸锂电池能量密度最高的为170wh/kg来自微宏动力,以及星恒超级锰酸锂165wh/kg。

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在对比市场上另一款主流电池磷酸铁锂,理论比容量170mAh/g,放电平台3.4V,材料能量密度是578Wh/kg;

但产品实际比容量最高值为140 mAh/g,再算上负极,隔膜,电解液呢,电池外壳的质量,磷酸铁锂电池能量密度理论最高值为170wh/kg,主要是因为磷酸铁锂体积密度较低。

目前市场上最好磷酸铁锂电池来自比亚迪150wh/kg。

锰酸锂vs磷酸铁锂

虽然,商业化的锰酸锂正极材料的容量比磷酸铁锂低约20%,但其电压比磷酸铁锂高15%,而且磷酸铁锂堆积密度较低,锰酸锂的压实密度高约40%,所以锰酸锂的体积比能量高于磷酸铁锂25-30%。

如果磷酸铁锂电池能量密度最高能达到170wh/kg,那么锰酸锂电池能量密度最高能可达210wh/kg。

另外,锰酸锂电池系列,出现一款新产品,镍锰酸锂电池能量密度高达300-350wh/kg,并且有更好的高温性能。要了解更多信息链接——镍锰酸锂 - 搜狗百科

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三元锂电池(镍钴锰酸锂 NCM)

镍钴锰三原材料,理论容量达到280 mAh/g,产品实际容量超过150 mAh/g,电压平台4.3V,材料能量密度是1204Wh/kg。 

目前,特斯拉(松下)生产的21700型电池能量密度以达到300wh/kg,未来可生产出500wh/kg的电池产品。

虽然,三元锂电池能量密度最高,但其正极材料需要钴元素,而中国钴储量非常少仅8万吨, 2016年我国钴消费量就高达4.6万吨,钴进口94%来源于刚果金,一旦该国出现社会动荡,导致生产停滞,中国钴元素将面临严重短缺。

尽管,中资企业在刚果收购大量钴矿,以确保钴元素的稳定供应,但刚果是一个独裁政府管理着一个贫穷落后的国家,政局不是很稳定。在受到外部势力干预,很有可能发生苏丹,利比亚,叙利亚那样的长期动乱,中资企业将无法在刚果继续采矿生产。

当刚果占全球50%的钴产量突然消失,每年钴元素缺口将高达5万吨,会涨到天价。中国失去从刚果94%的进口钴元素,将来每年上千万辆电动车无法投产,所造成的影响相当于新能源汽车的“石油危机”。

因此,中国新能源汽车产业,不能过渡依赖消耗钴元素的三元锂电池。尽管三元锂电池是现有能量密度高,综合性能最好电池产品,但不能作为年产量上千万辆的车载电池,适合少数长续航的高端电动车。1 锂电池的种类

锂电池的分类方法比较多,可以按照正极材料类型划分,负极材料类型划分,电解液类型划分等等,我们常说的三元材料还是磷酸铁锂或者锰酸锂,就是按照正极材料划分的结果。在锂电池当前发展阶段上,锂电池性能上的差异主要表现在正极材料的差异上,因此人们习惯于用正极材料的名称给一个技术路线命名。

今后两年,高镍三元将成为量产可能性最高的一种技术路线,而含镍量的不同,又成了技术路线的名字,622、811,这是镍钴锰在三元正极材料中的占比关系。这仍然是一种针对正极材料差异的提法。

欧阳明高院士最近给出的技术路线预测中,高镍以后,能量密度达到400Wh/kg的希望,很大程度上寄托在全固态电池的身上。固态电池,相对于传统锂电池的液态电解液而言的,电解质为导电率很高的纯固态物质,这是一种针对电解液形态的命名方式。

与固态电池平行的另外两种技术路线应该可以叫做液态电解液锂电池和半固态电解液锂电池。液态电解液锂电池,传统称呼中三元、磷酸铁锂、锰酸锂都属于液态电解液锂电池范围。半固态电解液,电解质是介于固态和液态之间的状态,现在常见的材料是聚合物电解质,在常温下为凝胶态。

 

锰酸锂电池最适合中国:

锰酸锂电池才是中国量产千万级电动车最好的选择。首先,原材料便宜,在国内都有一定资源储量,不至于完全依赖进口。

以目前锰酸锂电池能量密度170wh/kg,电池系能量统密度可达120wh/kg,40千瓦时电池组重量在330公斤,整车重量在1.5吨,续航250公里,基本能满足市区内日常驾驶,是最适合生产廉价电动车并大规模普及。