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怎么提高鋰離子電池的體積能量密度?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2685次  |  2021年01月12日  

鋰離子電池生產(chǎn)廠家解讀如何提高鋰離子電池體積能量密度?


以鋰離子電池為例,其在體積能量密度方面有優(yōu)勢(shì),具有成為動(dòng)力鋰電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景,但瓶頸是高比能量動(dòng)力鋰電池的安全性相對(duì)較低。有人因?yàn)榘踩詥?wèn)題,對(duì)動(dòng)力鋰電池技術(shù)發(fā)展路線提出質(zhì)疑。


1.減薄殼體、集流體、隔膜、新增電極壓實(shí)密度、減少粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑使用量,提高活性物質(zhì)在電極中的含量;但是相應(yīng)的會(huì)帶來(lái)一些風(fēng)險(xiǎn):薄的殼體會(huì)使電池安全性降低,集流體使電極容易發(fā)生斷裂,薄的隔膜導(dǎo)致的安全性的降低等,新增電極壓實(shí)密度則可能導(dǎo)致吸液率降低及極片變脆等。


2.將高容量低壓實(shí)的材料與高壓實(shí)的材料混合形成復(fù)合材料體系,提高復(fù)合材料體系的壓實(shí)密度。


3.選擇具有高比容量的正負(fù)極材料或是高電壓平臺(tái)的正極材料。


鋰硫電池被視為下一代高能量密度電池體系的理想選擇之一,受到全世界科研界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注,也是未來(lái)各國(guó)布局的重點(diǎn)研究方向之一,但隨著研究的不斷深入,鋰硫電池也面對(duì)日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前商用的鋰離子電池能量密度為260Wh/kg和700Wh/L左右。


目前存在的重要問(wèn)題是體積能量密度低,導(dǎo)致其在很多重要的市場(chǎng)應(yīng)用中失去競(jìng)爭(zhēng)力,同時(shí)高電解液用量也成為了其重量能量密度提高的瓶頸。此外,金屬鋰負(fù)極的安全性和長(zhǎng)循環(huán)壽命還未很好解決。鋰離子電池能量密度高.其體積能量密度和質(zhì)量能最密度分別可達(dá)450Wh/dm3和150Wh/kg.而且還在不斷提高。


鋰硫電池體積能量密度低的原因重要有以下兩點(diǎn):從本征上來(lái)說(shuō),活性物質(zhì)鋰和硫的理論密度比較低,鋰0.534g/cm3、硫2.07g/cm3,而鋰離子電池中的鈷酸鋰和三元等材料的理論密度要高很多;


從電極構(gòu)造來(lái)說(shuō),還有一個(gè)最重要的原因是硫是電子和離子絕緣體,所以要將硫分散到大量的高比表面積的導(dǎo)電碳中才能發(fā)揮其容量,而使用大量導(dǎo)電碳帶來(lái)的問(wèn)題是整個(gè)正極的比表面積很高,氣孔率很高,通常來(lái)說(shuō)傳統(tǒng)碳硫正極的氣孔率是鋰離子電池正極的兩倍。


鋰離子電池被很多人認(rèn)為已經(jīng)基本達(dá)到能量密度理論值的天花板。近幾年曾表示鋰單體能量密度165wh/kg,包體140wh/kg。未來(lái)兩年規(guī)劃單體能量密度提升至180wh/kg以上,體積比能量密度將提升50%,包體提升至160wh/kg,壽命長(zhǎng)達(dá)8年120萬(wàn)公里,成本還可以節(jié)約30%。


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