全面認識動力鋰離子電池“能量密度”

隨著新能源汽車的普及，電動車的續航問題變得越來越突出。誰的續航里程更高，誰就更能獲得消費者的認可。而電動車的續航里程，和一個緊要的電池參數有關：能量密度。一般來說，動力鋰電池的能量密度越高，電動車的續航里程就越長。那么，究竟什么是動力鋰電池的能量密度呢？

電池的能量密度指的是電池均勻單位體積或質量所釋放出的電能。電池能量密度=電池容量×放電平臺/電池厚度/電池寬度/電池長度，基本單位為Wh/kg(瓦時/千克)。在弄清楚動力鋰電池的能量密度之前，有必要弄清楚動力鋰電池的構成。

動力鋰電池緊要包括電芯（Cell）、模組（Module）、電池組（Pack）等。電芯（Cell）是一個電池系統的最小單元，M個電芯組成一個模組（Module）,N個模組組成一個電池組（Pack）。它們之間通過各種控制器、電氣裝置連接，共同構成了電動車的電池動力系統。

電芯緊要由正極、負極、隔膜、電解質等組成。電動車用鋰電池按照正極材料分為錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鎳鈷鋰電池和鎳鈷錳鋰電池等。

人們常說的“鐵電池”，指的就是磷酸鐵鋰電池，這種電池用磷酸鐵鋰作為正極材料；人們常說的三元鋰電池，就是正極材料使用鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰的電池。

電芯不能筆直使用，惟有加上保護電路和保護殼，再把它們組合起來，形成模組，才能筆直使用。多數情況下，單個模組無法為汽車的長距離續航供應足夠的電量，因此要把多個模組組合起來，加上單體電池監控與管理裝置，從而形成動力鋰電池包。

由此，動力鋰電池的能力密度有了兩種掂量辦法：電池單體能量密度（電芯）和電池系統能量密度（整個動力鋰電池系統）。

電池單體能量密度指的是電芯級別的能量密度。譬如，《我國制造2025》曾公布這樣的發展規劃：2020年，電池能量密度達到300Wh/kg；2025年，電池能量密度達到400Wh/kg；2030年，電池能量密度達到500Wh/kg，這里指的就是單個電芯級別的能量密度。

所謂電池系統能量密度，是指單體組合完成后的整個電池系統的電量比整個電池系統的重量或體積。因為電池系統內部蘊含電池管理系統、熱管理系統、高低壓回路等占據了電池系統的部分重量和內部空間，因此電池系統的能量密度都比單體能量密度低。

以電池加工商國軒高科為例，其宣布旗下量產的磷酸鐵鋰電池單體能量密度已經達到了190Wh/kg，并有望達到200Wh/kg，與之相對應的系統能量密度僅為160Wh/kg；其目前試驗階段的811軟包電池單體能量密度最高已沖破300Wh/kg，但相對應的系統能量密度則僅為200Wh/kg。

電池能量密度的高低，往往筆直決定了電動車的續航里程。那么，如何才能提高動力鋰電池的能量密度呢？緊要包括兩個方向。

一、提高單體電芯能量密度：

就單顆電芯而言，電池正負極材料、加工工藝等都會影響能量密度，因此就要采用更合理的正負極材料，以及更好的加工工藝。譬如三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，其能量密度之所以差異較大，就是因為采用了不同的正極材料。一般認為，磷酸鐵鋰電池單體能量密度提升的空間有限，而三元鋰電池還有更多的提升空間，這也是很多汽車品牌選擇搭載三元鋰電池的緊要原由。

二、提高電池系統能量密度：

電池系統能量密度是電動車十分緊要的性能參數。在電池單體能量密度已經確定的情況下，要怎么樣優化電池系統的空間和布局，對電池動力系統甚至整車進行輕量化設計等，就成了很多汽車品牌研究的方向。譬如弗迪品牌剛剛公布的“刀片電池”，其本質上的提升在于減少結構件，優化空間利用率。而三元鋰電池的加工廠商也在這個范疇持續投入和探索。

就整個行業而言，無論是磷酸鐵鋰電池，還是三元鋰電池，通過優化空間利用率、改善材料從而帶來續航里程上的提升，其效果還是非常可觀的。

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