什么是能量密度？能量密度能決定電池的好壞嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-06-22 19:25
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能量密度指的是在單位一定的空間或質量物質中儲存能量的大小。而電池的能量密度就是指電池平均單位體積或質量所釋放出的電能。一般來說，我們把電池能量密度分為重量能量密度和體積能量密度。只要電池的能量密度越高，那么在單位重量或者體積內儲存的電能也就越多。
目前來看，新能源汽車所使用的電池主要有鋰離子電池、鎳氫電池、燃料電池、鉛酸電池、鈉硫蓄電池等，其中三元鋰為正極的電池包系統能量密度要高于以磷酸鐵鋰為正極的電池包系統。其中涉及到材料使用所帶來的極限提升，除此之外，生產的工藝水平也會影響電池能量密度。
極限制約新發(fā)展，短期難以有突破
那么，就目前來看，現有的大部分電池能量密度是否存在極限呢？答案是肯定的，特別是受制于成本考慮和生產技術，目前能量密度較高的三元鋰電池能量密度也只有200mAh/g。而目前能量密度的提升還僅限于增大電池尺寸等手段，想要通過化學體系的變革來達到質變，還需要不少時間。
那么，電池能量密度短期內難以突破是否就意味著純電動車發(fā)展收到了限制呢？實際上也不完全是，以特斯拉Model 3為例，其使用的是21700電池陣列，雖然結構上看似簡單粗暴，但這樣做的好處就是兼顧了能量密度和成本，缺點自然也是顯而易見，那就是對安全性提出了更高要求。
優(yōu)化設計來彌補，理想看待是關鍵
實際上除了特斯拉的做法，目前不少車企也在嘗試通過設計提升電池能量密度或者通過優(yōu)化設計來提升純電動車續(xù)航。比如從外形尺寸入手，優(yōu)化電池零件的內部排列，以達到提高電池占用空間，使得電池排布更為緊湊高效的做法?；蛘咄ㄟ^使用新性材料來降低電池外殼的重量和體積，由此提升純電動車續(xù)航。
無論哪種方法，在現階段看來，高能量密度的確代表車企的一部分實力，不過電池作為涉及車輛安全和生產成本的一個重要部分。并不能為了所謂的高能量密度就犧牲安全性，同時過高的成本也不利于大規(guī)模生產。作為車載部件，能量密度并非衡量電池甚至于電動車的唯一標準，還需全方位考慮。不同于液態(tài)電解質，固態(tài)電解質具有極低的膨脹率，省去析氣（out-gassing）過程，抑制了陽極和陰極之間的枝晶生長（可能會影響性能），延長了電池壽命。LiRAP固體電解質中的Li 離子在高電壓和高電流狀態(tài)下導電效果更佳，并能提升能量密度、電池電量以及使用安全。
目前PATHION正致力于鋰硫電池以及鈉離子電池的研發(fā)及改進工作。鋰硫電池固態(tài)電解質同樣基于LiRAP，不過目前高能量密度鋰硫電池尚未進行商用化，障礙之一是其電量損耗較快、穩(wěn)定性不足且循環(huán)效率較低。而這主要是因為其涉及復雜的反應原理，包括鋰離子聚硫化物的可溶性不盡相同。
基于Li3ClO的玻璃電解質，可充當阻止聚硫化物擴散進鋰離子的“屏障”，此外，PATHION經過多項實驗還發(fā)現，使用高效的硫離子陰極可以帶來高達6.9毫克/平方厘米的硫密度。
