什么是能量密度？能量密度能决定电池的好坏吗？
来源：宝鄂实业
2019-06-22 19:25
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能量密度指的是在单位一定的空间或质量物质中储存能量的大小。而电池的能量密度就是指电池平均单位体积或质量所释放出的电能。一般来说，我们把电池能量密度分为重量能量密度和体积能量密度。只要电池的能量密度越高，那么在单位重量或者体积内储存的电能也就越多。
目前来看，新能源汽车所使用的电池主要有锂离子电池、镍氢电池、燃料电池、铅酸电池、钠硫蓄电池等，其中三元锂为正极的电池包系统能量密度要高于以磷酸铁锂为正极的电池包系统。其中涉及到材料使用所带来的极限提升，除此之外，生产的工艺水平也会影响电池能量密度。
极限制约新发展，短期难以有突破
那么，就目前来看，现有的大部分电池能量密度是否存在极限呢？答案是肯定的，特别是受制于成本考虑和生产技术，目前能量密度较高的三元锂电池能量密度也只有200mAh/g。而目前能量密度的提升还仅限于增大电池尺寸等手段，想要通过化学体系的变革来达到质变，还需要不少时间。
那么，电池能量密度短期内难以突破是否就意味着纯电动车发展收到了限制呢？实际上也不完全是，以特斯拉Model 3为例，其使用的是21700电池阵列，虽然结构上看似简单粗暴，但这样做的好处就是兼顾了能量密度和成本，缺点自然也是显而易见，那就是对安全性提出了更高要求。
优化设计来弥补，理想看待是关键
实际上除了特斯拉的做法，目前不少车企也在尝试通过设计提升电池能量密度或者通过优化设计来提升纯电动车续航。比如从外形尺寸入手，优化电池零件的内部排列，以达到提高电池占用空间，使得电池排布更为紧凑高效的做法。或者通过使用新性材料来降低电池外壳的重量和体积，由此提升纯电动车续航。
无论哪种方法，在现阶段看来，高能量密度的确代表车企的一部分实力，不过电池作为涉及车辆安全和生产成本的一个重要部分。并不能为了所谓的高能量密度就牺牲安全性，同时过高的成本也不利于大规模生产。作为车载部件，能量密度并非衡量电池甚至于电动车的唯一标准，还需全方位考虑。不同于液态电解质，固态电解质具有极低的膨胀率，省去析气（out-gassing）过程，抑制了阳极和阴极之间的枝晶生长（可能会影响性能），延长了电池寿命。LiRAP固体电解质中的Li 离子在高电压和高电流状态下导电效果更佳，并能提升能量密度、电池电量以及使用安全。
目前PATHION正致力于锂硫电池以及钠离子电池的研发及改进工作。锂硫电池固态电解质同样基于LiRAP，不过目前高能量密度锂硫电池尚未进行商用化，障碍之一是其电量损耗较快、稳定性不足且循环效率较低。而这主要是因为其涉及复杂的反应原理，包括锂离子聚硫化物的可溶性不尽相同。
基于Li3ClO的玻璃电解质，可充当阻止聚硫化物扩散进锂离子的“屏障”，此外，PATHION经过多项实验还发现，使用高效的硫离子阴极可以带来高达6.9毫克/平方厘米的硫密度。
