鋰離子電池和金屬鋰離子電池的能量密度計算(參考版)
2025-05-19 08:40本頁面
【正文】 Environmental Science, 2011, 4(8): 261424.[8] NELSON P. Modeling the Performance and Costof LithiumIon Batteries for Electric Vehicles, in, Chemical Sciences and Engineering Division [J]. [9] BERG E J, VILLEVIEILLE C, STREICH D, et al. Rechargeable Batteries: Grasping for the Limits of Chemistry [J]. Journal Of the Electrochemical Society, 2015, 162(14): A2468A75.[10] MCCALLA E, SOUGRATI M T, ROUSSE G, et al. Understanding the Roles of Anionic Redox and Oxygen Release during Electrochemical Cycling of LithiumRich Layered Li4FeSbO6 [J]. Journal of the American Chemical Society, 2015, 137(14): 480414.[11] CASTEL E, BERG E J, EL KAZZI M, et al. Differential Electrochemical Mass Spectrometry Study of the Interface of xLi(2)MnO(3)center dot(1x)LiMO2 (M = Ni, Co, and Mn) Material as a Positive Electrode in LiIon Batteries [J]. Chemistry of Materials, 2014, 26(17): 50517.[12] OZAWA K. LITHIUMION RECHARGEABLE BATTERIES WITH LICOO2 AND CARBON ELECTRODES THE LICOO2 C SYSTEM [J]. Solid State Ionics, 1994, 69(34): 21221.[13] OHZUKU T, UEDA A. SOLIDSTATE REDOX REACTIONS OF LICOO2 (R(3)OVERBARM) FOR 4 VOLT SECONDARY LITHIUM CELLS [J]. Journal Of the Electrochemical Society, 1994, 141(11): 29727.[14] GOODENOUGH J B, PARK KS. The LiIon Rechargeable Battery: A Perspective [J]. Journal of the American Chemical Society, 2013, 135(4): 116776.[15] CHANG Y Q, LI H, WU L, et al. Irreversible capacity loss of graphite electrode in lithiumion batteries [J]. Journal of Power Sources, 1997, 68(2): 18790.[16] AURBACH D, ZABAN A, GOFER Y, et al. RECENT STUDIES OF THE LITHIUM LIQUID ELECTROLYTE INTERFACE ELECTROCHEMICAL, MORPHOLOGICAL AND SPECTRAL STUDIES OF A FEW IMPORTANT SYSTEMS [J]. Journal of Power Sources, 1995, 54(1): 7684.[17]。致謝：感謝北汽新能源俞會根總工提供的EV200的技術(shù)數(shù)據(jù)，感謝寧德時代新能源鐘開富博士、東莞振華新能源科技有限公司李樹軍博士、深圳市優(yōu)特利電源有限公司孟亞斌博士、中國電力科學研究院電工與新材料研究所劉道坦博士對本文有益的討論。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與電化學副反應(yīng)，后續(xù)固態(tài)電池將有望解決這些難題。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從計算的結(jié)果可以看出，采用高容量的硅碳負極，富鋰錳基正極，18650電池能量密度可以達到442Wh技術(shù)方面，目前的確還有可能進一步降低隔膜、Cu、Al箔的厚度和質(zhì)量以及封裝材料的質(zhì)量分數(shù)，但挑戰(zhàn)非常大。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。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)。而對于消費電子產(chǎn)品，循環(huán)壽命的要求一般3年，1000次即可。不同應(yīng)用領(lǐng)域，對鋰離子電池各個性能指標的要求不盡相同，圖5a展示了不同應(yīng)用領(lǐng)域主要技術(shù)指標的蜘蛛圖，示意圖上每個指標值的大小，即為該指標的標簽值與對應(yīng)坐標值的乘積。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)”。公斤1品名單價/元從計算結(jié)果來看，金屬鋰離子電池的成本相對于鋰離子電池，還可以進一步下降到甚至低于鉛酸電池的程度。需要說明的是，電芯材料的成本約占電池制造成本的6070%。；當金屬鋰作為負極時，富鋰。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。kg1體積能量密度/Wh從前面的計算結(jié)果看，高容量鈷酸鋰正極、富鋰錳基正極匹配高容量硅負極的鋰離子電池有可能實現(xiàn)這一目標，而大部分的金屬鋰離子電池都可以實現(xiàn)這一目標。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。kg1338 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。kg1399452495523336368398336電芯/WhL18361173140275457370986793918650/Whkg1375 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
公司管理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1