純電動(dòng)車電池的能量密度高低有多重要？要讀懂“電池能量密度”

　　純電動(dòng)車電池的能量密度高低有多重要？

　　這似乎就像在討論心臟的跳動(dòng)對(duì)于人體有多重要一般，一純電動(dòng)車，或者說(shuō)的更標(biāo)準(zhǔn)一點(diǎn)，一輛電池動(dòng)力車的性能、續(xù)航里程、可靠性都取決于其電池包內(nèi)的電池?cái)?shù)量以及單節(jié)電池內(nèi)的能量密度。這個(gè)公式很好理解：總電量=電池?cái)?shù)量×單節(jié)電池能量密度。

　　而現(xiàn)代汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其實(shí)已經(jīng)很死板了，留給電池組的空間也就那么一點(diǎn)，大部分車型都集中在坐艙地板下方，當(dāng)然這也是出于安全性和空間性的考慮。

　　所以說(shuō)，電池?cái)?shù)量已經(jīng)被限制在某一個(gè)區(qū)間內(nèi)，無(wú)法大幅提升。想要增強(qiáng)電池車性能，唯有在能量密度上做文章。

　　首先，什么是電池能量密度？

　　能量密度（Energy density）是指在一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲(chǔ)存能量的大小。電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。電池能量密度=電池容量×放電平臺(tái)/電池厚度/電池寬度/電池長(zhǎng)度，基本單位為Wh/kg（瓦時(shí)/千克）。

　　電池的能量密度越大，單位體積內(nèi)存儲(chǔ)的電量越多。

　　圓柱形鋰電池結(jié)構(gòu)圖

　　關(guān)于電池能量密度，現(xiàn)在我們都知道了它儼然是目前電池行業(yè)，甚至是電動(dòng)汽車行業(yè)向前大跨步的最明顯的突破口，但是突破它，真的是很難??！

　　典型電池設(shè)計(jì)非活性物質(zhì)（除引線等）的占比

　　據(jù)悉，電池的能量密度基本由電池的正負(fù)極決定的，但只是正負(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、鋁塑膜殼或者鋼鋁殼等等。

　　我們中大部分人總是有意無(wú)意的忽略這部分物質(zhì)的含量，得出的能量密度與事實(shí)相差較大，誤導(dǎo)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)，電池能量密度的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。

　　能量密度的變化與預(yù)測(cè)

　　除了提升活性物質(zhì)占比，還有不少公司和企業(yè)在電池輕量化上下功夫。通過(guò)輔材（鋼殼、箔材）輕量化技術(shù)和電芯空間利用率優(yōu)化設(shè)計(jì)，來(lái)提升電池的能量密度，但是這種做法是有一定風(fēng)險(xiǎn)的。相對(duì)會(huì)犧牲一點(diǎn)單體電池在設(shè)計(jì)上的安全性和一致性，我認(rèn)為這沒(méi)有必要，畢竟電池的穩(wěn)定關(guān)乎安全，一定要謹(jǐn)慎為之。

　　此前特斯拉御用的松下18650電池

　　還有的就是以增大原來(lái)電池尺寸來(lái)達(dá)到電量擴(kuò)容的效果。

　　我們最熟悉的例子莫過(guò)于：率先使用松下18650電池的知名電動(dòng)車企特斯拉將換裝新款21700電池。而原因并非18650電池有任何質(zhì)量問(wèn)題，只是18650電池單顆容量小，普遍在2-4Ah左右，串并聯(lián)數(shù)量過(guò)多，單體失效風(fēng)險(xiǎn)概率較大，導(dǎo)致其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定的限制。

　　圖中為21700電池

　　而21700電池在尺寸上相比18650電池（直徑18mm，長(zhǎng)度65mm）更大，達(dá)到了直徑21mm，長(zhǎng)度70mm。如果想再形象一點(diǎn)來(lái)考慮這個(gè)問(wèn)題，我們不妨來(lái)看看來(lái)自Hitech Energy的計(jì)算，僅考慮單體的密集堆積進(jìn)行計(jì)算，可知：30支21700的體積是40支18650體積的1.1倍，質(zhì)量則為0.97倍。

　　在同等能量下，所需電池的數(shù)量可減少約1/3，電池包內(nèi)部金屬連接件數(shù)量減少，從而進(jìn)一步降低電池包的重量，整車的能量密度將得到部分提升，達(dá)到接近300kw/kg。

　　據(jù)我了解，在我國(guó)，電池系統(tǒng)能量密度的提升與政府補(bǔ)貼金額是密切相關(guān)的，所以很多相關(guān)企業(yè)都加緊了提升電池能量密度的步伐。2017年3月1日，中央四部委印發(fā)了《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》通知，明確指出了“將提高電池比能量作為今后的重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)之一”。

　　2016年的政府對(duì)于電池生產(chǎn)企業(yè)的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)

　　以下三點(diǎn)尤為引人注意：

　　1.到2020年，鋰離子動(dòng)力電池單體比能量大于300Wh/kg；系統(tǒng)比能量爭(zhēng)取達(dá)到260Wh/kg；成本小于1元/瓦時(shí)；使用環(huán)境達(dá)-30℃到55℃；具備3C充電能力。

　　2.到2025年，單體比能量達(dá)500Wh/kg。

　　3.力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)單體電池350Wh/kg、系統(tǒng)260Wh/kg的鋰離子電池產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化和整車應(yīng)用。

　　可以預(yù)見，隨著政府的大力支持和倡導(dǎo)，電池技術(shù)和行業(yè)發(fā)展會(huì)迎來(lái)重大變革。作為純電動(dòng)車的命脈，電池單體能量密度肯定會(huì)有所提升，達(dá)到非常有競(jìng)爭(zhēng)力的水平，屆時(shí)對(duì)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和推廣的作用也是巨大的。