以锂离子电池为例,其在体积能量密度方面有优势,具有成为动力锂电池主流技术的潜质和前景,但瓶颈是高比能量动力锂电池的安全性相对较低。有人因为安全性问题,对动力锂电池技术发展路线提出质疑。
1.减薄壳体、集流体、隔膜、新增电极压实密度、减少粘结剂和导电剂使用量,提高活性物质在电极中的含量;但是相应的会带来一些风险:薄的壳体会使电池安全性降低,集流体使电极容易发生断裂,薄的隔膜导致的安全性的降低等,新增电极压实密度则可能导致吸液率降低及极片变脆等。
2.将高容量低压实的材料与高压实的材料混合形成复合材料体系,提高复合材料体系的压实密度。
3.选择具有高比容量的正负极材料或是高电压平台的正极材料。
锂硫电池被视为下一代高能量密度电池体系的理想选择之一,受到全世界科研界和产业界的高度关注,也是未来各国布局的重点研究方向之一,但随着研究的不断深入,锂硫电池也面对日益严峻的挑战。目前商用的锂离子电池能量密度为260Wh/kg和700Wh/L左右。
目前存在的重要问题是体积能量密度低,导致其在很多重要的市场应用中失去竞争力,同时高电解液用量也成为了其重量能量密度提高的瓶颈。此外,金属锂负极的安全性和长循环寿命还未很好解决。锂离子电池能量密度高.其体积能量密度和质量能最密度分别可达450Wh/dm3和150Wh/kg.而且还在不断提高。
锂硫电池体积能量密度低的原因重要有以下两点:从本征上来说,活性物质锂和硫的理论密度比较低,锂0.534g/cm3、硫2.07g/cm3,而锂离子电池中的钴酸锂和三元等材料的理论密度要高很多;
从电极构造来说,还有一个最重要的原因是硫是电子和离子绝缘体,所以要将硫分散到大量的高比表面积的导电碳中才能发挥其容量,而使用大量导电碳带来的问题是整个正极的比表面积很高,气孔率很高,通常来说传统碳硫正极的气孔率是锂离子电池正极的两倍。
锂离子电池被很多人认为已经基本达到能量密度理论值的天花板。近几年曾表示锂单体能量密度165wh/kg,包体140wh/kg。未来两年规划单体能量密度提升至180wh/kg以上,体积比能量密度将提升50%,包体提升至160wh/kg,寿命长达8年120万公里,成本还可以节约30%。