锂电池能量密度现在能有多高？550Wh/kg是否靠谱？

 

电池新闻三大月经贴：能量密度更高，电池安全更好，快充时间更短。其实也怪不得，这也是老百姓的客观需求，就拿电动车来说，人家就拿燃油车的油缸来搪塞你，看你那么大坨电池，我加那么一丢丢汽油，就能跑几百公里，电池车呢，跑几十公里就趴着了。气啊，还不是能量密度低整的事儿。

从下图(图1 汽油与锂电池能量密度的对比)来看，锂离子电池的能量密度和体积能量密度确实比较低。开安全环保的电动车的人就回过头来指着搞电池的说，咋不像摩尔定律那样，18个月就把电池能量密度翻个番，锂电池不行，咱就换个其他的，谁行谁上。这还真不能那么急，咱来看看这些个能进行充放电的电池都啥水平？再打开地图找一找，看看是不是有啥错过的宝贝，看看是不是那么容易，锂电池是不是能达到燃油车的能量密度水平。

 

电池的能量密度基本由电池的正负极决定的，但光是正负极活性材料也不能保证电池能发上电，得有很多非活性物质，比如导电辅助剂、活性粉末之间的粘结剂、隔离膜、阴阳极的箔材、绝缘固定的胶纸、外边铝塑膜壳子或者钢铝壳等等(表1 典型电池设计非活性物质的占比)。我们的媒体，总喜欢搞大新闻，有意无意的忽略这部分物质的含量，得出的能量密度老能高到天上去，与事实相差较大，误导无辜吃瓜群众。其实，这部分相当重要，就拿过去十几年的技术进步来说，我们电池的能量密度提升主要就是靠着活性物质占比的提升来实现的。

除引线等)的占比

 

CRABTREE 2015年在The energy-storage frontier : Lithium-ion batteries and beyond中总结了过去25年松下18650电芯能量密度的变化。经过千辛万苦，现在电芯实际R占比(Real/Cal.)已经达到了61%左右，实际电池系统加上管理系统、冷却系统、引线等，成组实际能量密度会更进一步降低。下表例举了一部分现有实际电池能量密度，可怜的明日之星锂硫电池才10%左右的理论容量发挥；按照R max = 61%算，理论能量密度最高的锂空的能量密度大概为3182 Wh/kg。

 

中科院的吴娇杨博士对于选取了现有理论容量较高、理论容量较低但是商业化比较成熟等综合性能比较好的正负极材料，进行正负极搭配，大致得出了结果：Li-rich-300 对Si-C-2000 的电芯体系，在所有的电池体系中具有最高质量能能量密度584 W·h/kg以及最高体积能量密度1645 W·h/L。该数值不包括封装材料与极耳。

计算结果中，能量密度排名第二的是LCO-220 对Si-C-2000，可以分别达到536 W·h/kg 和1597 W·h/L。LiCoO2 理论比容量是274 mA·h/g，目前报道的可逆容量已经达到了220 mA·h/g[12-14]。但是也有相应的问题，LiCoO2 的放电可逆容量可以达到240～260 mA·h/g，但高容量LiCoO2(>180 mA·h/g)应用还需要解决高电压电解液、析氧、结构不可逆转等问题。实际电池中富锂锰基正极材料和硅负极实现300 mA·h/g 和2000mA·h/g 还是非常困难的，现有的富锂锰基正极材料也还需要提高倍率性能。另外，还核算了一下锂金属电池的最高实际发挥容量，100%Li 容量发挥时候，基于最高的正极材料LCO-220，重量能量密度也仅仅只有587 W·h/kg，体积能量密度只有1545 W·h/L。另外，从图5和图6可以看到，负极采用金属，与空气等搭配可以获得更高的能量密度，但是这类电池的应用可能性较小。

看了这些数据，我们大致可以得到结论，近期我们能够触碰到的能量密度可能是550Wh/kg左右，如果按照一次充电续航700公里的要求，我们大致需要配备约135KWh电量，只需要0.245T电池，对于车辆轻量化会有很大贡献。

 

同时， 电池能量密度提升，也会对电池的寿命要求有很大的降低；更为重要的是，电池的成本甚至可以降至0.2元/Wh，远低于各大政府机构和商业机构的规划和预期。(见最后一图，主要基于松下18650电池实际能量密度/理论能量密度占比反推核算。)

 

补贴退坡 动力电池市场的尴尬处境

作者：电动汽车时代网

最新的新能源汽车补贴政策已于2017年1月1日开始执行，相比2016年的新能源汽车补贴政策最明显的两个变化就是对新能源汽车的补贴额度开始降低和提升了获得新能源汽车补贴资质的门槛，其中就有针对动力电池这一块提出了更高的品质要求。补贴新政的实施，给动力电池市场会带来怎样的影响呢？

 

补贴退坡 车企倒逼动力电池降价

 

随着2017年新能源汽车补贴政策的实施，新能源车企获得补贴逐渐减少，显然让新能源车企独力承担这减少的部分是不现实的，在这种情况下降低成本成为诸多新能源车企的重要选择。

 

 

 

对于新能源车企而言，有很大一部分成本是来自于动力电池这一块，车企要想降低成本，必然会想让动力电池企业把动力电池的成本降下来。据业内人士表示，随着补贴的大幅退坡，降成本将成为动力电池企业面临的最大压力，整车厂对于电池厂家的价格要求为降低35%-40%。

 

面对这种状况，某动力电池高管表示，“补贴退坡让整车企业面临着很大的压力。但是，如果整车企业将压力完全传导给动力电池企业，这对动力电池企业很不公平。”

 

动力电池原材料价格上涨

 

另外动力电池原材料的价格逐步上涨也给整个动力电池行业带来不小的风波，从而导致降低动力电池成本变得更加艰难。据动力电池行业人士表示，从2016年到2017年，电池正极材料、电解液、铜箔等原材料价格猛涨。

 

据相关数据显示，截止到2017年2月8日，作为正极材料的4.35V钴酸锂价格已涨至26万元/吨，较2016年12月涨幅18%;另外三元电池前驱体材料因为镍、钴、锰等资源价格的上涨也呈现出增长趋势。液态锂电池为何会频发爆炸，有专家分析，原因在于传统锂电池在大电流下工作有可能出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致短路破坏；电解液为有机液体，在高温下会加剧发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向。

 

而近年来，学术界、产业界认为采用固态电池在安全性上相对有所保障，视其可以继承液态锂电池的“江湖地位”。

 

“储能的春天已经到来，储能行业开始萌芽开花，在各类储能技术中，电池储能最受关注，也是发展最快的储能技术方向。全固态锂离子电池是规模化储能理想的化学电源。”中国科学院电工研究所储能技术研究组陈永翀教授表示。

 

专家认为，全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液，有望从根本主解决电池安全性问题，是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。

 

“固态电解质电池将是下一个风口，是新能源电池未来主要发展趋势。相较于传统锂电池，固态锂电池的差异在于电解质固态化，理论上存在一定的优势。”北京理工大学电动车辆国家工程实验室、中国电工技术学会电动车辆专业委员会委员孙立清曾表示。

 

由于固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液，大大提升锂电池的能量密度。采用固态电解质，可以把电池的可燃性降低，虽然电池中有一些燃烧成分，但是固态电解质能够起到阻止燃烧作用，由此，相比传统的有机电池体系电池，固态电解质不会引起燃烧。