​探究锂电池能量密度被限制的原因

电动轿车因存在续航路程短、本钱高等问题，许多潜在顾客对其望而生畏。

锂离子动力电池能量密度已成为其产业化瓶颈，为此美、日、韩等国都制定了相关产业政策，其政策均指向“2020年能量密度达300Wh/kg”。日前，在国家重点专项支持下，宁德时代新能源科技股份有限公司研制团队强占高镍三元材料及硅碳负极材料等要害中心技术，首先开宣告比能量（质量能量密度）达304Wh/kg的电池样品，在这一世界比赛中折桂。

锂电池能量密度被束缚的原因

打通“任督二脉”，补齐正极材料短板

锂离子动力电池是现在运用最为广泛的新能源轿车动力电池，是新能源轿车的中心部分。其优势在于能量密度高、循环寿数长，其技术难点在于安稳性和安全性要求高、制备进程杂乱，该中心生产技术一向把握在世界少数几个国家手中。

电池的能量密度，是指电池平均单位体积或质量所释放出的电能。“现在能量密度的提高，成为束缚锂离子电池开展的最大瓶颈，面临着许多世界级难题。”宁德时代首席科学家吴凯说，电池厂家可通过增大电池规范来到达电量扩容的作用，但电芯“变胖”或许“长个儿”只治标，并不治本。

锂电池能量密度被束缚的原因

究竟是什么束缚了锂电池的能量密度？

吴凯介绍，电池背面的化学体系是首要原因。一般来说，锂电池的四个部分非常要害：正极、负极、电解质、膈膜。其间正负极是发生化学反应的当地，相当于人体“任督二脉”。

因为现在负极材料的能量密度远大于正极，正极材料就成为了“木桶的短板”——锂离子电池的能量密度下限取决于正极材料，所以前进能量密度就要不断晋级正极材料。但是，我国高镍材料开发起步晚，技术堆集较为单薄，制备工艺及装备条件较为落后。

“批量安稳供应高功用的高镍正极材料，是高比能量动力电池开发的要害技术难点之一。”吴凯说，为此，宁德时代依托国家工程研讨中心、福建省重点实验室等严重科研平台，通过与产业链上下游合作单位的协同开发，优化原材料组成工艺条件，前进结构安稳性，调整微观结构、操控材料描画和规范分布，逐步完成了国产高镍材料的规模化生产及运用。

与日韩竞争对手的同类材料比较，现在国产高镍材料具有可逆容量高、压实密度高、表面及体相结构相对安稳的特色，将打破日韩技术独占，提高国内产业链技术水平及国产动力电池中心竞争力，打掉立异路上的“榜首只绊脚石”。

锂电池能量密度被束缚的原因

推翻传统，处理负极材料的硬伤

负极材料也是锂离子电池的中心材料之一，现在大多选用石墨作为负极材料。随着对续航路程需求的继续晋级，传统石墨负极已不能满意商场对电池能量密度的希望。

据测算，硅基负极材料的比容量可达石墨负极的10倍，被看作是后者的“替代者”。传统硅基材料的运用，首要选用碳包覆技术，即在硅材料表面复合一层碳材料。吴凯介绍，但因为硅材料充放电进程中体积改动高达300％，多次循环后表面包覆的碳材料会破碎、坠落，对硅材料的保护作用大幅削弱，从而导致电池循环功用欠安。

这一世界级难题如“鬼魂”一般困扰产业界10来年之久。

宁德时代摒弃了传统碳包覆技术，转向研讨人工电解质界面膜包覆技术。历时2年多，将这一技术运用到硅材料制备，开宣告具有自主知识产权的新式人工电解质界面膜包覆的硅碳复合负极材料，其循环功用表现显着优于国外产品，打掉立异路上的“第二只绊脚石”。

“与碳材料比较，人工电解质界面膜与硅材料的结合作用力更强、弹性更好、不易破碎或粉化，对硅材料起到很好的保护作用，因而可以在循环中大幅前进硅材料的界面安稳性，从而提高电池的循环寿数。”吴凯说，此举将促进我国充分把握材料改性、前驱体组成等多方面的中心技术，完成要害材料技术的国产化，为硅碳复合负极的逐步商业化推广运用提供了重要保障。

完美“瘦身”，首先运用特种等级的“7系铝”

在能耗不变，体积和分量都受限的情况下，新能源轿车续航路程，首要取决于电池包的能量密度。

“这就考验研讨人员为电池包‘瘦身’的才干。”吴凯说，宁德时代初次将特种等级的“7系铝”运用至电池包下箱体。“7系铝”，铝中的“战斗铝”，常被用于制造飞机起落架，具有轻盈、稳固、安全等特性。

吴凯通知记者，“7系铝”运用也具有许多危险，特别是应力腐蚀现象（金属材料在某些特定的介质中，因为腐蚀介质和应力的一同作用而发生开裂）。

“业界普遍认为这是‘7系铝’的技术难点，乃至是技术禁区。”吴凯说，为此，他们通过上百项的实验及相关工艺改进，使得应力腐蚀指数操控在行业界最高水平。现在，宁德时代已成功开宣告“7系铝”下箱体，并已量产。

至此，该企业电池包下箱体轻量化规划已处于世界领先水平。这一全新能量密度的动力电池，能使B级纯电动轿车电池仓在现有基础上，不额外添加空间，载能量（装载电池的总电量）即可提高约50％；车载动力电池体系能量前进50％；整车分量可在现有基础上减重250公斤，使该车型规范工况续驶路程前进到600公里以上……