【正文】 x1000 (g) SiC450 (h) SiC1000 (i) SiC2000 (j) LTO2 金屬鋰離子電池電芯能量密度計算以上電芯的計算結(jié)果中負極材料均為鋰離子電池負極。(1–x)LiMO2按照目前的理解，實際電池中富鋰錳基正極材料和硅負極實現(xiàn)300和2000mAh?g1還是非常困難的，現(xiàn)有的富鋰錳基正極材料也還需要提高倍率性能[10, 11]。由于電池外殼形狀各異，目前也不統(tǒng)一，本文中電芯是指不含封裝材料和引線的所有其它材料，大部分的計算是基于電芯的結(jié)果。g1，NCA設(shè)定為220mAh圖1 1990年2025年鋰離子電池能量密度發(fā)展路線圖 Development of lithium batteries energy density during the period of 1990–20251 不同負極材料的鋰離子電池電芯能量密度計算正負極材料的選擇決定了電池能量密度。優(yōu)秀的倍率特性將有利于高能量密度、功率密度在實際充放電過程中的實現(xiàn)，具備長循環(huán)壽命可以使高的能量密度在較長的服役期間維持，因此電池的實際能量密度也與倍率特性、循環(huán)特性以及材料的特例特性有關(guān)?！吨袊圃?025》確定的技術(shù)目標是2020年鋰離子電池能量密度到300Wh?kg1，2025年能量密度達到400 Wh?kg1，2030年能量密度達到500Wh?kg1。各個領(lǐng)域都對提高鋰離子電池能量密度提出了進一步要求[1]。 metal lithium ion batteries。同時指出，電池能量密度只是電池應(yīng)用考慮的一個重要指標，面向?qū)嶋H應(yīng)用，需要兼顧其它技術(shù)指標的實現(xiàn)。第一作者：吳嬌楊（1988），女, 博士研究生，研究方向鋰離子電池電解質(zhì)Email：wujiaoyang8；通訊聯(lián)系人：李泓，研究員，研究方向為固體離子學(xué)與鋰電池材料，Email：hli。高能量密度電池是各國政府及領(lǐng)先電池企業(yè)競相布局、重點研發(fā)的方向。鋰離子電池的活性儲能材料為正負極材料，提升能量密度的辦法對于正極來說是提高放電電壓，放電容量。本文首先在考慮活性材料和非活性材料的基礎(chǔ)上，計算了不包括封裝材料和極耳的電芯的能量密度。較高值是預(yù)計未來可能達到的水平，例如，LCO設(shè)定的最高容量為220mAhg1, 但是正、負極活性材料的最高容量的選擇沒有采用報道中的最高值，而是考慮綜合技術(shù)指標的實現(xiàn)的可行性選擇了表 表2的數(shù)值。圖2 a～j展示了10種不同負極與16種正極材料組合形成的電芯的能量密度計算結(jié)果。g1平均電壓vs Li/ VLiCoO2140LCO140140LiCoO2180LCO180180LiCoO2220LCO220220LiMn2O4LMO130LiFePO4LFP160LiCoPO4LCP130NCM333160NCM523180NCM811220xLi2MnO3(M = Ni, Co, and Mn)300Lirich300300NCA180180NCA200200NCA220220LNM135表2 計算所用負極活性物質(zhì)及其比容量、電壓Table 2 Anode materials and their performances in the calculation負極活性物質(zhì)分子式本文縮寫比容量/mAh當一個電池的正極材料為鋰離子電池中常用的嵌入化合物正極，負極為金屬鋰或含金屬鋰的復(fù)合材料時，這種電池本文稱之為金屬鋰離子電池(Metallic lithium ion batteries, Li/LiMX, 縮寫為MLIB)。表表5給出松下NCR18650圓柱電池和prismatic系列軟包方型單體電池的性能參數(shù)[17]。kg1體積能量密度/ Wh例如，軟包電池封裝材料和極耳所占比重一般為26%。kg1523584 187 649630578521電芯/Whkg1338 382 419 442 284 311 337 284 4 電池能量密度與續(xù)航里程的關(guān)系續(xù)航里程是電動汽車的核心指標，為了提升續(xù)航里程，最簡單的辦法是直接增加單體電池或電池模塊的數(shù)量和容量，這樣同時也會相應(yīng)增加電池在電動汽車中所占的成本；另一種是在汽車電池包體積或電池包質(zhì)量不變的前提下，提升電池的能量密度。均以100 A h容量的電芯為例，圖4展示了以硅碳為負極與不同正極材料組成的鋰離子電池電芯的成本，以及金屬鋰作為負極材料，富鋰，NCM作為正極材料的金屬鋰離子電池電芯的成本。公斤1品名單價/元圖5b展示了純電動汽車各個指標期望值與目前實際值的蜘蛛圖，最外面一圈為我們的理想的期望值，內(nèi)圈為純電動汽車電池目前水平值，目前的差距還較大，需要開發(fā)新的動力電池技術(shù)。而采用富鋰錳基的金屬鋰離子電池的電芯質(zhì)量能量密度最高，可以達到649Wh在紛雜的塵世里，為自己留下一片純靜的心靈空間，不管是潮起潮落，也不管是陰晴圓缺，你都可以免去浮躁，義無反顧，勇往直前，輕松自如地走好人生路上的每一步3. 花一些時間，總會看清一些事。只有你自己才能把歲月描畫成一幅難以忘懷的人生畫卷。有時候覺得自己像個神經(jīng)病。目前采用液態(tài)電解質(zhì)的可充放金屬鋰電池存在較大的技術(shù)瓶頸，主要是金屬鋰與液體電解液的化學(xué)與電化學(xué)副反應(yīng)，后續(xù)固態(tài)電池將有望解決這些難題。圖5 鋰離子電池綜合技術(shù)指標蜘蛛圖 (a) 不同應(yīng)用領(lǐng)域 (b) 純電動汽車理想值與實際值 Spider diagram of prehensive index (a) Spider diagram of different application fields (b) Spider diagram of Electric Vehicles39。還應(yīng)關(guān)注功率密度、充電速率、循環(huán)壽命、服役年限、能量效率、安全性指數(shù)、單體電池成本等其他技術(shù)指標，這些指標是衡量電池性能“優(yōu)劣”的主要因素，電池能夠應(yīng)用與否取決于某項技術(shù)指標能否滿足應(yīng)用的最低要求，這稱之為“木桶效應(yīng)”。；當金屬鋰作為負極時，富鋰。電池的質(zhì)量能量密度為180Wh?kg1時，EV200標準工況常溫下的續(xù)航里程為200 km。kg1375 442 494 158 549 533 489 表7 SiC1000負極與不同正極材料電芯能量密度、單體能量密度總結(jié)Table 7 The summary of energy densities of Liion battery using SiC1000 anode with different cathodes能量密度LCO140LCO180LCO220LMOLFPLCPNCM333NCM523電芯/Wh對于動力電池而言，關(guān)鍵是看電池包的質(zhì)量能量密度和體積能量密度，這與熱管理、散熱、模塊設(shè)計、安全性、電源管理系統(tǒng)等密切相關(guān)。18650極耳以及封裝材料占單體電池的質(zhì)量分數(shù)一般為1520%，%左右，%質(zhì)量分數(shù)為基礎(chǔ)，估算得出單體電池的能量密度。L1。圖3可以看出當金屬鋰容量全部發(fā)揮時，不同正極材料的MLIB分別達到如下能量密度：LCO220（587Wh?kg1）、LMO（320 Wh?kg1）、NCM811（485 Wh?kg1）、NCA220（483 Wh?kg1）、LNM（387 Wh?kg1）、Lirich300 (649Wh?kg1)。cm3面密度/ g(M = Ni, Co, and Mn)250Lirich250250x Li2MnO3該數(shù)值不包括封裝材料與極耳。表3給出了除去封裝材料和引線，封裝材料內(nèi)部的非活性材料的典型參數(shù)[9]。g1，富鋰正極的容量設(shè)定為300mAh根據(jù)計算得到了預(yù)期能量密度，在此基礎(chǔ)上