锂离子电池能量密度 550Wh/kg靠谱吗？

电池新闻三大月经贴：能量密度更高，电池安全更好，快充时间更短。其实也怪不得，这也是老百姓的客观需求，就拿电动汽车来说，人家就拿燃油车的油缸来搪塞你，看你那么大坨电池，我加那么一丢丢汽油，就能跑几百公里，电池车呢，跑几十公里就趴着了。气啊，还不是能量密度低整的事儿。

从下图(图1汽油与锂离子电池能量密度的比较)来看，锂离子电池的能量密度和体积能量密度确实比较低。开安全环保的电动汽车的人就回过头来指着搞电池的说，咋不像摩尔定律那样，18个月就把电池能量密度翻个番，锂离子电池不行，咱就换个其他的，谁行谁上。这还真不能那么急，咱来看看这些个能进行充放电的电池都啥水平?再打开地图找一找，看看是不是有啥错过的宝贝，看看是不是那么容易，锂离子电池是不是能达到燃油车的能量密度水平。

图1现有电池体系能量密度

图2汽油与锂离子电池能量密度的比较

电池的能量密度基本由电池的正负极决定的，但光是正负极活性材料也不能保证电池能发上电，得有很多非活性物质，比如导电辅助剂、活性粉末之间的粘结剂、隔离膜、阴阳极的箔材、绝缘固定的胶纸、外边铝塑膜壳子或者钢铝壳等等(表1典型电池设计非活性物质的占比)。我们的媒体，总喜欢搞大新闻，有意无意的忽略这部分物质的含量，得出的能量密度老能高到天上去，与事实相差较大，误导无辜吃瓜群众。其实，这部分相当重要，就拿过去十几年的技术进步来说，我们电池的能量密度提升重要就是靠着活性物质占比的提升来实现的。

表1典型电池设计非活性物质(除引线等)的占比

图3能量密度的变化与预测

CRABTREE2015年在Theenergy-storagefrontier:Lithium-ionbatteriesandbeyond中总结了过去25年松下18650电芯能量密度的变化。经过千辛万苦，现在电芯实际R占比(Real/Cal.)已经达到了61%左右，实际电池系统加上管理系统、冷却系统、引线等，成组实际能量密度会更进一步降低。下表例举了一部分现有实际电池能量密度，可怜的明日之星锂硫电池才10%左右的理论容量发挥;按照Rmax=61%算，理论能量密度最高的锂空的能量密度大概为3182Wh/kg。

中科院的吴娇杨博士关于选取了现有理论容量较高、理论容量较低但是商业化比较成熟等综合性能比较好的正负极材料，进行正负极搭配，大致得出了结果：Li-rich-300对Si-C-2000的电芯体系，在所有的电池体系中具有最高质量能能量密度584W·h/kg以及最高体积能量密度1645W·h/L。该数值不包括封装材料与极耳。