鋰電池能量密度 550Wh/kg靠譜嗎？

　　電池新聞三大月經(jīng)貼：能量密度更高，電池安全更好，快充時(shí)間更短。其實(shí)也怪不得，這也是老百姓的客觀需求，就拿電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，人家就拿燃油車的油缸來(lái)搪塞你，看你那么大坨電池，我加那么一丟丟汽油，就能跑幾百公里，電池車呢，跑幾十公里就趴著了。氣啊，還不是能量密度低整的事兒。

　　從下圖(圖1 汽油與鋰電池能量密度的對(duì)比)來(lái)看，鋰離子電池的能量密度和體積能量密度確實(shí)比較低。開(kāi)安全環(huán)保的電動(dòng)車的人就回過(guò)頭來(lái)指著搞電池的說(shuō)，咋不像摩爾定律那樣，18個(gè)月就把電池能量密度翻個(gè)番，鋰電池不行，咱就換個(gè)其他的，誰(shuí)行誰(shuí)上。這還真不能那么急，咱來(lái)看看這些個(gè)能進(jìn)行充放電的電池都啥水平?再打開(kāi)地圖找一找，看看是不是有啥錯(cuò)過(guò)的寶貝，看看是不是那么容易，鋰電池是不是能達(dá)到燃油車的能量密度水平。

　　圖1現(xiàn)有電池體系能量密度

　　圖2 汽油與鋰電池能量密度的對(duì)比

　　電池的能量密度基本由電池的正負(fù)極決定的，但光是正負(fù)極活性材料也不能保證電池能發(fā)上電，得有很多非活性物質(zhì)，比如導(dǎo)電輔助劑、活性粉末之間的粘結(jié)劑、隔離膜、陰陽(yáng)極的箔材、絕緣固定的膠紙、外邊鋁塑膜殼子或者鋼鋁殼等等(表1 典型電池設(shè)計(jì)非活性物質(zhì)的占比)。我們的媒體，總喜歡搞大新聞，有意無(wú)意的忽略這部分物質(zhì)的含量，得出的能量密度老能高到天上去，與事實(shí)相差較大，誤導(dǎo)無(wú)辜吃瓜群眾。其實(shí)，這部分相當(dāng)重要，就拿過(guò)去十幾年的技術(shù)進(jìn)步來(lái)說(shuō)，我們電池的能量密度提升主要就是靠著活性物質(zhì)占比的提升來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　表1 典型電池設(shè)計(jì)非活性物質(zhì)(除引線等)的占比

　　圖3 能量密度的變化與預(yù)測(cè)

　　CRABTREE 2015年在The energy-storage frontier : Lithium-ion batteries and beyond中總結(jié)了過(guò)去25年松下18650電芯能量密度的變化。經(jīng)過(guò)千辛萬(wàn)苦，現(xiàn)在電芯實(shí)際R占比(Real/Cal.)已經(jīng)達(dá)到了61%左右，實(shí)際電池系統(tǒng)加上管理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、引線等，成組實(shí)際能量密度會(huì)更進(jìn)一步降低。下表例舉了一部分現(xiàn)有實(shí)際電池能量密度，可憐的明日之星鋰硫電池才10%左右的理論容量發(fā)揮;按照R max = 61%算，理論能量密度最高的鋰空的能量密度大概為3182 Wh/kg。

　　中科院的吳嬌楊博士對(duì)于選取了現(xiàn)有理論容量較高、理論容量較低但是商業(yè)化比較成熟等綜合性能比較好的正負(fù)極材料，進(jìn)行正負(fù)極搭配，大致得出了結(jié)果：Li-rich-300 對(duì)Si-C-2000 的電芯體系，在所有的電池體系中具有最高質(zhì)量能能量密度584 W·h/kg以及最高體積能量密度1645 W·h/L。該數(shù)值不包括封裝材料與極耳。