登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
图1 1990-2030年锂离子电池能量密度发展路线图
一、不同负极材料的锂离子电池电芯能量密度计算
正负极材料决定了电池能量密度,但是大部分文献计算能量密度时都是基于单一的活性正极材料质量,部分文献考虑正负极材料的活性材料质量之和,忽略了非活性电池材料的质量,使得计算结果与实际偏差较大。
按照文献的计算方法,计算了常见的正负极锂电材料能量密度,其容量和电压如表1和表2所示。最近正极材料的容量正在不断提高,但是与理论值还有较大差距,最高容量的选择没有采用报道中的最高值而是综合考虑技术指标实现的可行性选择表1和表2的数值。达到该值仍有许多问题,如控制体积膨胀、倍率特性、循环特性等。表3给出除去封装材料和引线,封装材料内部的非活性材料的典型参数。
然而,电池形状各异,本工作中的电芯是指不含封装材料和引线的所有其他材料,大部分计算是基于电芯的结果。并且,由于电极涂布的允许厚度、不同形状的电池、非活性材料特征参数对计算结果有某程度上的影响,该表格计算结果与实际电池会有一定偏差,这与电池制造工艺密切相关。
表1计算所用正极活性物质及其比容量、电压
表2 计算所用负极活性物质质量及其比容量、电压
图2不同负极材料与不同正极材料匹配的电芯能量密度计算(a)石墨;(b)软碳SC-400;(d)硬碳-250;(e)SiOx-420;(f) SiOx-1000;(g)Si-C-450;(h)Si-C-1000;(j)钛酸锂
二、金属锂离子电池电芯能量密度计算
以上计算结果均为负极材料,石墨理论比容量为372mAh g-1,目前可逆容量能达到365mAh g-1,高容量轨迹负极材料可逆容量可达到1000-1500mAh g-1。但在脱嵌锂过程中存在较大的体积膨胀和收缩,实际容量难以全部发挥,仅为380-450mAh g-1。相对地,金属锂的理论比容量高达3860mAh g-1,即使利用率33%,也有1287mAh g-1,而且可以充当锂源。然而金属锂有许多诸如锂枝晶、孔洞不均匀生长、与电解液持续副反应、体积膨胀问题、循环过程中界面稳定性等安全问题。
考虑到不同电池中金属锂容量发挥可能性不同,本工作计算了金属锂利用率分别为100%、80%、50%、33%匹配不同正极材料的锂金属电池的能量密度。图3与图2对比,可以看出金属锂容量发挥的时候,相同正极的体系,金属锂离子电池比锂电池有更显著的能量密度。如Li-rich-300正极材料在金属锂作为负极时,能量密度649Wh kg-1,即使发挥只有33%的时候能量密度也有521Wh kg-1。
图3金属锂作为负极的电芯能量密度计算(a)Li容量全部发挥;(b)Li容量发挥80%;(c)Li容量发挥50%;(d)Li容量发挥33%.
三、18650单体电池能量密度估算
考虑上连接的极耳和封装材料,可以计算单体电池的能量密度。表4、5给出松下NCR18650圆柱电池和Prismatic系列软包方形单体电池的性能参数。以NCR18650为例,其极耳以及封装材料占单体电池的质量分数一般为15%-20%。表6总结了锂电池不同负极材料对应电芯最高能量密度以及18650最高能量密度。表7则给出Si-C-1000负极与不同正极材料电芯、单体能量密度,其中LCO-220电芯能量密度为492Wh kg-1,单体能量密度为416Wh kg-1,可以看出由于封装材料所占电池总体比例更多,导致电池的能量密度进一步降低。
表4松下NCR18560电池性能及参数
表5松下Prismastic电池性能及参数
表6不同负极材料的最高电芯能量密度、最高单体能量密度总结
表7 Si-C-1000负极与不同正极材料电芯能量密度、单体能量密度总结
四、电池能量密度与续航里程的关系
续航里程是电动车的核心指标,增加续航里程的最简单方法是直接增加单体电池或电池模块和容量,但是这却会相应增加电池在电动汽车中所占的成本;另一种是在汽车电池包体积或者质量不变的前提下,提升电池的能量密度。
以北汽EV200(整备质量1.290t)为例,百公里耗电为14kWh,电池箱为220L,寿命要求为20万公里。电池的质量能量密度为180Wh kg-1时,EV200标准工况常温下续航里程为200km。循环寿命的估计需要考虑全寿命里程设计要求,每次使用续航里程和寿命末期每次充电续驶里程因素,这样估算20万公里需要的电池循环寿命为2000次;在不提高电动车能量利用效率[10.85kWh/(100kmt)],保持电池包体积不变的情况下,当电池的质量能量密度达到400Wh kg-1时,电动车的续航里程可以达到521km,20万公里要求的电池循环寿命估算值为600次,如果能达到这一技术标准将解决消费者对电动汽车里程焦虑的问题(表8)。
表8电池能量密度与电动汽车续航里程关系的估算
五、高能量密度锂电池的成本
依据现有产业化的电芯组成和工艺条件,可以大致推算出不同电池电芯原材料成本价格,所用原材料的成本参见表9。均以100Ah容量的电芯为例,图4展示了以硅碳为负极与不同正极材料组成的锂电电芯成本以及以金属锂为负极,富锂,NCM作为正极材料的金属锂离子电池电芯的成本。可以得出电池成本中,正极材料和电解液的成本接近电芯成本的37%-56%,硅碳负极成本普遍接近38%-48%,占电芯成本比重较大。当金属锂作为负极时,富锂,NCM作为正极材料电芯成本分别为0.2元/瓦时和0.29元/瓦时。相比硅碳作为负极,金属锂能量密度更高,成本显著降低。
需要说明的是,电芯材料成本占电池制造成本的60%-70%。以上成本估值还需除以0.6-0.7,才是单体电池的实际成本。从结果上看,金属锂离子电池的成本相对锂离子电池还可以进一步下降到甚至低于铅酸电池的程度。
表9 100Ah电芯原材料成本
图4锂离子电池电芯成本估算
六、综合技术指标
电池的应用不仅需要能量密度,还需功率密度、充电速率、循环寿命、服役年限、能量效率、安全性指数、单体电池成本等其他技术指标,电池能否应用取决于某项技术指标能否满足应用的最低要求,称之为电池的“木桶效应”。图5(a)展示不同应用领域主要技术指标的蜘蛛图,图5(b)展示纯电动汽车各个指标期望值与目前实际值的蜘蛛图。目前水平与期望值差距较大,需要开发新的动力电池技术。
图5锂离子电池综合技术指标蜘蛛图(a)不同应用领域;(b)纯电动车理想值与实际值
从数据看未来
从 1990年到现在,电池实际能量密度的提高主要是提高正负极活性物质在电池中的质量比例,降低非活性物质的质量比。技术方面,目前的确还有可能进一步降低隔膜、Cu、Al 箔的厚度和质量以及封装材料的质量分数,但挑战非常大。选择新的正负极材料体系,成为提高电池能量密度相对更容易的技术选择。
从计算的结果可以看出,采用高容量的硅碳负极,富锂锰基正极,18650电池能量密度可以达到442Wh kg-1,相应的电芯价格可以降到0.4元/瓦时,能很好地满足纯电动车对续航以及成本控制的要求。而采用富锂锰基的金属理离子电池的电芯质量能量密度最高,可以达到 521 Wh kg-1,成本可以降到0.2元/瓦时。目前采用液态电解质的可充放金属理电池存在较大的技术瓶颈,主要是金属理与液体电解液的化学与电化学副反应,后续固态电池将有望解决这些难题。
需要注意的是,提升能量密度的同时还需满足其它性能指标的要求,这需要复杂艰巨的科学与技术的研究,充满挑战,但又富有强大的吸引力。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
作者:叶石丰1,洪朝锋2,綦晓2,吴伟雄2,谭子健1,周奇1,张兆阳1单位:1.广东电网有限责任公司广州供电局;2.暨南大学能源电力研究中心引用:叶石丰,洪朝锋,綦晓,等.基于EEMD-GRU-NN锂离子电池表面温度预测方法研究[J].储能科学与技术,2025,14(1):380-387.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0571本文亮
北极星储能网获悉,3月14日,山东省地方标准《锂离子电池储能性能测试及评价规范》(以下简称《规范》)正式实施。该标准是全国首个锂离子电池储能地方标准。《规范》发布于2月24日,由山东省能源标准化技术委员会归口上报,主管部门为山东省市场监督管理局。主要起草单位包括:单位国网山东省电力公司
北极星储能网获悉,3月17日,国家市场监管总局发布关于征求《点火枪安全规范》等26项拟立项强制性国家标准项目意见的通知。其中包含《锂离子电池系统能效限定值及能效等级》标准计划。《锂离子电池系统能效限定值及能效等级》由国家标准委提出,委托全国能源基础与管理标准化技术委员会执行。主要起草
作者:陈峥彭月胡竞元申江卫肖仁鑫夏雪磊单位:昆明理工大学交通工程学院引用:陈峥,彭月,胡竞元,等.基于短期充电数据和增强鲸鱼优化算法的锂离子电池容量预测[J].储能科学与技术,2025,14(1):319-330.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0686本文亮点:1.仅利用前30分钟充电数据且采样间隔为30秒的数
北极星储能网获悉,近日,贵州大龙开发区北部工业园区的贵州嘉尚新能源材料有限公司年产25万吨锂离子电池正极材料产业园项目二期的厂房钢结构主体已全部完工,项目整体综合完成率达96%左右,现正在做一些收尾工作,室内在进行吊顶装修、地坪硬化等,室外在进行附属设施施工,包含室外管网、室外绿化、
3月19日,湖北省市场监管局关于做好2025年度锂离子动力电池碳计量工作的通知(鄂市监量函〔2025〕44号)。其中提到,全力推进碳计量技术规范体系建设。紧紧围绕锂电池产品全生命周期碳管理需求,着眼企业碳足迹管理中长期需求,协同产业链龙头企业,借鉴相关行业工作经验,系统编制碳计量器具配备及管理、
作者:周洪1,2(),俞海龙3,王丽平4,黄学杰3()单位:1.中国科学院武汉文献情报中心;2.中国科学院大学经济与管理学院信息资源管理系;3.中国科学院物理研究所;4.电子科技大学材料与能源学院引用:周洪,俞海龙,王丽平,等.基于BERTopic主题模型的锂电池前沿监测及主题分析研究[J].储能科学与技术,2025,14(
作者:张文婧肖伟伊亚辉钱利勤单位:长江大学机械工程学院引用:张文婧,肖伟,伊亚辉,等.锂离子电池安全改性策略研究进展[J].储能科学与技术,2025,14(1):104-123.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0579本文亮点:1.根据锂离子电池热失控机制,总结了在电池部件集流体上最具有创新性的改进方法:将集
北极星固废网获悉,3月4日,为推动再生资源循环利用,规范锂离子电池用再生黑粉原料、再生钢铁原料的进口管理,生态环境部研究制定锂离子电池用再生黑粉原料进口管理要求,并对《关于规范再生钢铁原料进口管理有关事项的公告》(公告2020年第78号)进行修订,形成《关于规范锂离子电池用再生黑粉原料、
作者:刘通1,3杨瑰婷1毕辉4梅悦旎1刘硕1宫勇吉3罗文雷2单位:1.空间电源全国重点实验室,上海空间电源研究所;2.军事科学院国防科技创新研究院;3.北京航空航天大学材料科学与工程学院;4.中国科学院上海硅酸盐研究所引用:刘通,杨瑰婷,毕辉,等.高能量密度与高功率密度兼顾型锂离子电池研究现状与展望[
近日,研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布了《中国锂离子电池回收拆解与梯次利用行业发展白皮书(2025年)》。EVTank数据显示,2024年中国废旧锂离子电池实际回收量为65.4万吨,同比仅增长5.0%,其中回收的磷酸铁锂电池及废料达到40.0万吨,占比继续提升至61.2%,三元锂电池及废料为24.3万吨,
北极星储能网获悉,在今日举办的中国电动汽车百人会论坛2025上,合肥国轩高科动力能源有限公司首席科学家朱星宝透露,国轩高科将于5月17日发布全新高安全固态电池,能量密度为300Wh/kg。
北极星储能网获悉,3月27日,道氏技术在互动平台回答投资者提问时表示,传统的液态锂离子电池能量密度通常在200—300Wh/kg左右,固态电池理论上的能量密度可达400—600Wh/kg,甚至更高,能够显著提高传统电池的能量密度。具体电池产品的能量密度,取决于客户的工艺技术路线。
作者:刘通1,3杨瑰婷1毕辉4梅悦旎1刘硕1宫勇吉3罗文雷2单位:1.空间电源全国重点实验室,上海空间电源研究所;2.军事科学院国防科技创新研究院;3.北京航空航天大学材料科学与工程学院;4.中国科学院上海硅酸盐研究所引用:刘通,杨瑰婷,毕辉,等.高能量密度与高功率密度兼顾型锂离子电池研究现状与展望[
北极星储能网获悉,3月6日,豪鹏科技在互动平台表示,目前,公司半固态电池的体积能量密度比指标上可达到950Wh/L,循环寿命大于500周,并通过针刺和过充等相关安全测试,适用于AIPC,AI手机和AI眼镜等对体积能量密度有较高要求的领域,陆续向海内外品牌客户送样测试。全固态电池方面,预计最快可于年内
北极星储能网获悉,据财联社2月25日消息,岚图已启动第三代固态电池的技术迭代,新一代动力电池系统将在保持300Wh/kg的能量密度基础上,充电倍率提升至3~5C,电解液含量0%,并可实现极宽温域运行。岚图汽车是国内较早布局固态电池技术的新能源车企之一,早在2021年,其第一代半固态电池已批量应用于梦
北极星储能网获悉,2月19日,日本东京国际二次电池与储能展览会上,德尔股份展示了其自主研发的新一代固态电池产品。该产品采用氧化物为主,复合有机材料的电解质,从而形成优良的固态界面,实现高安全性和卓越性能。据悉,德尔股份的固态电池技术不使用挥发性材料,相比传统锂离子电池,可在更高温环
北极星储能网获悉,12月26日,恩捷股份在投资者关系活动中提到固态电池项目相关进展,称固态电池理论上能量密度天花板更高(可达500Wh/kg)。硫化物全固态电池最具有潜力。在全固态化物电池关键材料领域的进展:在硫化物电解质上,恩捷股份在离子电导率上取得一定突破,能满足不同客户对电导率和粒径分
北极星储能网获悉,休斯顿大学Canepa研究实验室的一个跨学科研究国际团队开发了一种用于钠离子电池的新型材料,可以提高钠离子电池的效率并提高其能源性能,为更可持续和更实惠的能源未来铺平道路。新材料磷酸钒钠,化学式为NaxV2(采购订单4)3,通过将能量密度(每公斤存储的能量)提高15%以上来提高
北极星储能网获悉,近日,三星SDI在中国获得一件固态电池专利。据了解,该专利通过复合物优化电池以及其他组件协同设计、副反应抑制和传输路径保护等方式,提升了稳定性,整体结构方面除了正负极层和电解质层外在正极上还拥有一层非活性构件。该电池通过含锂硫化物正极活性物质和优化的负极结构,能量
北极星储能网获悉,冠盛股份11月27日在投资者互动平台表示,公司在建半固态电池项目,100-300Ah半固态储能电池产品具有高度安全性且循环寿命可达6000-12000次上限,能量密度160~180Wh/kg。
北极星储能网获悉,11月25日,工信部发布了关于2023年度新能源汽车监督检查结果的通报,通报显示共有9家企业的9个车型存在生产一致性问题。在新能源乘用车中,福建天际汽车电动汽车能量消耗量生产一致性不符合标准要求。而在新能源货车中,申龙汽车某车型存在动力电池能量密度与《公告》备案参数不一致
钴镍铜等电池金属供应及价格震荡,产业链影响几何?电池金属供应及价格震荡,正在引发新一轮的市场担忧。刚果(金)的钴出口禁令、印尼的镍矿政策收紧、美国铜关税预期等事件接连冲击市场,不仅会推高电池制造成本,也或影响企业重新审视技术路径与供应链布局。从目前情况来看,钴与镍仍处供应过剩、库
北极星储能网获悉,在今日举办的中国电动汽车百人会论坛2025上,宁波容百新能源科技副总裁兼中央研究院院长李琮熙透露,容百科技固态电解质业务聚焦在硫化物与卤化物两大技术路线,第一代全固态电池正极材料产品处于吨级验证阶段,计划年内完成材料定型;处于前期开发的第二代产品超高镍三元材料容量可
据容百科技消息,公司在仙桃(北京)招商推介会上追加投资12亿元,在湖北仙桃新建容百学院和年产6000吨钠电正极材料生产线项目及固态电池电解质中试线项目,打造全球规模最大的现代化、智能化、园林化高端动力锂电三元正极材料大型生产基地。资料显示,容百科技是一家高科技新能源材料行业的跨国型集团
北极星储能网获悉,3月20日消息,五矿新能在互动平台表示,公司固态电池正极材料技术路线主要为高界面离子通量三元正极材料,当前初代产品部分指标已满足市场要求,目前积极配合头部客户以及国家项目开展固态电池正极材料开发工作。
北极星储能网获悉,近日,贵州大龙开发区北部工业园区的贵州嘉尚新能源材料有限公司年产25万吨锂离子电池正极材料产业园项目二期的厂房钢结构主体已全部完工,项目整体综合完成率达96%左右,现正在做一些收尾工作,室内在进行吊顶装修、地坪硬化等,室外在进行附属设施施工,包含室外管网、室外绿化、
3月20日,格林美发布《第七届董事会第二次会议决议公告》。公告显示,此次会议的审议通过了多项重要议案,对公司管理层进行了调整,总共涉及到23位高层的任命。01重量级的内部调整作为锂电行业的重要参与者,格林美此次调整或将对其未来发展战略产生一定影响。在此次调整中,格林美决定聘任许开华先生
3月10日上午,国家绿色发展基金战略投资湖北重大项目签约活动在武汉隆重举行,国家绿色发展基金联合长江产业集团湖北生态公司签署股权投资合作协议。湖北省省委常委、常务副省长邵新宇出席活动。项目签约活动中,副区长王海兵代表区政府与湖北生态公司签订《共建全国大宗固废循环利用基地战略合作协议
北极星储能网获悉,3月17日,自然资源部发布《中华人民共和国矿产资源法实施条例(征求意见稿)》。其中列举了矿产资源目录,金属矿产中包括铁、铬、钒、钛;铜、铅、锌、锂等涉及电池材料的金属类型。以下为政策原文:中华人民共和国矿产资源法实施条例(征求意见稿)第一章总则第一条【制定依据】根
中国三元材料将有望通过韩企于2025-2027年在全球市场放量,尤其是在北美市场。近期,韩国电池厂接连与中国三元材料企业签发订单。结合行业动向,中国三元材料将有望通过韩企于2025-2027年在全球市场放量,尤其是在北美市场。3月10日,当升科技宣布与LG新能源(LGES)签订长期供货协议,约定2025-2027年
中/高镍电池“技术池”正泛起层层涟漪,变数中蕴藏新的发展格局。进入3月以来,中/高镍正极材料采购大单频现,反映出中/高镍电池的市场需求持续增长趋势下,上游材料市场形成强烈共振,这也成为行业关注的一大焦点。中/高镍正极材料采购大单频现3月10日晚,当升科技发布公告称,该公司及其子公司与韩国
北极星储能网获悉,3月10日富临精工公告称,控股子公司江西升华与宁德时代签署《战略合作协议》,双方就磷酸铁锂正极材料产品研发、产能投建等开展长期深度合作,同时江西升华拟以增资扩股的方式引入战略投资者宁德时代。根据合作协议,江西升华与宁德时代将在磷酸铁锂材料产品研发、产能投建、国际化
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!