如何提高能量密度呢?
新材料体系的采用、锂离子电池结构的精调、制造能力的提升是研发工程师长袖善舞的三块舞台。下面,我们会从单体和系统两个维度进行讲解。
单体能量密度,重要依靠化学体系的突破
01增大电池尺寸
电池厂家可以通过增大原来电池尺寸来达到电量扩容的效果。我们最熟悉的例子莫过于:率先使用松下18650电池的知名电动汽车企特斯拉将换装新款21700电池。
但是电芯变胖或者长个只是治标,并不治本。釜底抽薪的办法,是从构成电池单元的正负极材料以及电解液成分中,找到提高能量密度的关键技术。
02化学体系变革
前面提到,电池的能量密度受制于由电池的正负极。由于目前负极材料的能量密度远大于正极,所以提高能量密度就要不断升级正极材料。
高镍正极
三元材料通指镍钴锰酸锂氧化物大家族,我们可以通过改变镍、钴、锰这三种元素的比例来改变电池的性能。
在图5中几种典型三元材料中可以看出,镍的占比越来越高,钴的占比越来越低。镍的含量越高,意味着电芯的比容量就越高。另外,由于钴资源稀缺,提高镍的比例,将降低的降低钴的使用量。
硅碳负极
硅基负极材料的比容量可以达到4200mAh/g,远高于石墨负极理论比容量的372mAh/g,因此成为石墨负极的有力替代者。
目前,用硅碳复合材料来提升电池能量密度的方式,已是业界公认的锂离子电池负极材料发展方向之一。特斯拉公布的Model3就采用了硅碳负极。
在未来,假如想要百尺竿头更进一步突破单体电芯350Wh/kg的关口,业内同行们可能要着眼于锂金属负极型的电池体系,不过这也意味着整个电池制作工艺的更迭与精进。