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怎么提高鋰離子電池能量密度？
能量密度(Energydensity)是指在單位一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲存能量的大小。鋰離子電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。電池的能量密度一般分重量能量密度和體積能量密度兩個維度。
一、變大電池尺寸
電池廠家可以通過變大原來電池尺寸來達到電量擴容的效果。我們熟悉的例子莫過于：率先使用松下18650電池的知名電動車企特斯拉將換裝新款21700電池。
但是電芯“變胖”或者“長個”只是治標，并不治本。釜底抽薪的辦法，是從構(gòu)成電池單元的正負極材料以及電解液成分中，找到提高能量密度的關鍵技術(shù)。
二、化學體系變革
前面提到，鋰離子電池的能量密度受制于由電池的正負極。由于目前負極材料的能量密度遠大于正極，所以提高能量密度就要不斷升級正極材料。
1.高鎳正極
三元材料通指鎳鈷錳酸鋰氧化物大家族，我們可以通過改變鎳、鈷、錳這三種元素的比例來改變鋰離子電池的性能。
2.在圖硅碳負極
硅基負極材料的比容量可以達到4200mAh/g，遠高于石墨負極理論比容量的372mAh/g，因此成為石墨負極的有力替代者。
目前，用硅碳復合材料來提升鋰離子電池能量密度的方式，已是業(yè)界公認的鋰離子電池負極材料發(fā)展方向之一。特斯拉發(fā)布的Model3就采用了硅碳負極。
電池包的成組考驗的是電池“攻城獅“們對單體電芯和模組排兵布陣的能力，需要以安全性為前提，大程度地利用每一寸空間。
鋰離子電池包的“瘦身”主要有以下幾種方式。
1.優(yōu)化排布結(jié)構(gòu)
從外形尺寸方面，可以優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部的布置，讓電池包內(nèi)部零部件排布更加緊湊有效。
2.拓撲優(yōu)化
我們通過仿真計算在確保剛強度及結(jié)構(gòu)可靠性的前提下，實現(xiàn)減重設計。通過該技術(shù)，可以實現(xiàn)拓撲優(yōu)化和形貌優(yōu)化終幫助實現(xiàn)鋰離子電池箱體輕量化。
3.選材
我們可以選擇密度低的材料，如鋰離子電池包上蓋已經(jīng)從傳統(tǒng)的鈑金上蓋逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺秃喜牧仙仙w，可以減重約35%。針對電池包下箱體，已經(jīng)從傳統(tǒng)的鈑金方案逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殇X型材的方案，減重量約40%，輕量化效果明顯。
4.整車一體化設計
整車一體化設計與整車結(jié)構(gòu)設計通盤考慮，盡可能共享、共用結(jié)構(gòu)件，例如防碰撞設計，實現(xiàn)極致的輕量化
鋰離子電池是一個很全方面的產(chǎn)品，你要提升某一方面的性能，可能會犧牲其他方面的性能，這是電池設計研發(fā)的理解基礎。動力電池屬于車載專用，因而能量密度不是衡量電池品質(zhì)的標準。
一、變大電池尺寸
電池廠家可以通過變大原來電池尺寸來達到電量擴容的效果。我們熟悉的例子莫過于：率先使用松下18650電池的知名電動車企特斯拉將換裝新款21700電池。
但是電芯“變胖”或者“長個”只是治標，并不治本。釜底抽薪的辦法，是從構(gòu)成電池單元的正負極材料以及電解液成分中，找到提高能量密度的關鍵技術(shù)。
二、化學體系變革
前面提到，鋰離子電池的能量密度受制于由電池的正負極。由于目前負極材料的能量密度遠大于正極，所以提高能量密度就要不斷升級正極材料。
1.高鎳正極
三元材料通指鎳鈷錳酸鋰氧化物大家族，我們可以通過改變鎳、鈷、錳這三種元素的比例來改變鋰離子電池的性能。
2.在圖硅碳負極
硅基負極材料的比容量可以達到4200mAh/g，遠高于石墨負極理論比容量的372mAh/g，因此成為石墨負極的有力替代者。
目前，用硅碳復合材料來提升鋰離子電池能量密度的方式，已是業(yè)界公認的鋰離子電池負極材料發(fā)展方向之一。特斯拉發(fā)布的Model3就采用了硅碳負極。
在未來，如果想要百尺竿頭更進一步——突破單體電芯350Wh/kg的關口，業(yè)內(nèi)同行們可能需要著眼于鋰金屬負極型的電池體系，不過這也意味著整個鋰離子電池制作工藝的更迭與精進。中幾種典型三元材料中可以看出，鎳的占比越來越高，鈷的占比越來越低。鎳的含量越高，意味著電芯的比容量就越高。另外，由于鈷資源缺少，提高鎳的比例，將降低的降低鈷的使用量。
電池包的成組考驗的是電池“攻城獅“們對單體電芯和模組排兵布陣的能力，需要以安全性為前提，大程度地利用每一寸空間。
鋰離子電池包的“瘦身”主要有以下幾種方式。
1.優(yōu)化排布結(jié)構(gòu)
從外形尺寸方面，可以優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部的布置，讓電池包內(nèi)部零部件排布更加緊湊有效。
2.拓撲優(yōu)化
我們通過仿真計算在確保剛強度及結(jié)構(gòu)可靠性的前提下，實現(xiàn)減重設計。通過該技術(shù)，可以實現(xiàn)拓撲優(yōu)化和形貌優(yōu)化終幫助實現(xiàn)鋰離子電池箱體輕量化。
3.選材
我們可以選擇密度低的材料，如鋰離子電池包上蓋已經(jīng)從傳統(tǒng)的鈑金上蓋逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺秃喜牧仙仙w，可以減重約35%。針對電池包下箱體，已經(jīng)從傳統(tǒng)的鈑金方案逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殇X型材的方案，減重量約40%，輕量化效果明顯。
4.整車一體化設計
整車一體化設計與整車結(jié)構(gòu)設計通盤考慮，盡可能共享、共用結(jié)構(gòu)件，例如防碰撞設計，實現(xiàn)極致的輕量化
鋰離子電池是一個很全方面的產(chǎn)品，你要提升某一方面的性能，可能會犧牲其他方面的性能，這是電池設計研發(fā)的理解基礎。動力電池屬于車載專用，因而能量密度不是衡量電池品質(zhì)的標準。
鋰離子電池相關資料
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