动力电池能量密度的分析

纯电动车电池的能量密度高低有多重要?

这似乎就像在讨论心脏的跳动对于人体有多重要一般，一辆纯电动车，或者说的更标准一点，一辆电池动力车的性能、续航里程、可靠性都取决于其电池包内的电池数量以及单节电池内的能量密度。这个公式很好理解：总电量=电池数量×单节电池能量密度。

而现代汽车的结构设计其实已经很死板了，留给电池组的空间也就那么一点，大部分车型都集中在坐舱地板下方，当然这也是出于安全性和空间性的考虑。

所以说，电池数量已经被限制在某一个区间内，无法大幅提升。想要增强电池车性能，唯有在能量密度上做文章。

首先，什么是电池能量密度?

能量密度(Energydensity)是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池能量密度=电池容量×放电平台/电池厚度/电池宽度/电池长度，基本单位为Wh/kg(瓦时/千克)。

电池的能量密度越大，单位体积内存储的电量越多。

△圆柱形锂电池结构图

关于电池能量密度，现在我们都知道了它俨然是目前电池行业，甚至是电动汽车行业向前大跨步的最明显的突破口，但是突破它，真的是很难啊!

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△典型电池设计非活性物质(除引线等)的占比

据悉，电池的能量密度基本由电池的正负极决定的，但只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、铝塑膜壳或者钢铝壳等等。

我们中大部分人总是有意无意的忽略这部分物质的含量，得出的能量密度与事实相差较大，误导吃瓜群众。其实，这部分相当重要，就拿过去十几年的技术进步来说，电池能量密度的提升主要就是靠着活性物质占比的提升来实现的。

△能量密度的变化与预测

还有的就是以增大原来电池尺寸来达到电量扩容的效果。

我们最熟悉的例子莫过于：率先使用松下18650电池的知名电动车企特斯拉将换装新款21700电池。而原因并非18650电池有任何质量问题，只是18650电池单颗容量小，普遍在2-4Ah左右，串并联数量过多，单体失效风险概率较大，导致其在电动汽车领域的应用受到一定的限制。

而21700电池在尺寸上相比18650电池(直径18mm，长度65mm)更大，达到了直径21mm，长度70mm。如果想再形象一点来考虑这个问题，我们不妨来看看来自HitechEnergy的计算，仅考虑单体的密集堆积进行计算，可知：30支21700的体积是40支18650体积的1.1倍，质量则为0.97倍。

在同等能量下，所需电池的数量可减少约1/3，电池包内部金属连接件数量减少，从而进一步降低电池包的重量，整车的能量密度将得到部分提升，达到接近300kw/kg。

以下三点尤为引人注意：

1.到2020年，锂离子动力电池单体比能量大于300Wh/kg;系统比能量争取达到260Wh/kg;成本小于1元/瓦时;使用环境达-30℃到55℃;具备3C充电能力。

2.到2025年，单体比能量达500Wh/kg。

3.力争实现单体电池350Wh/kg、系统260Wh/kg的锂离子电池产品产业化和整车应用。

可以预见，随着政府的大力支持和倡导，电池技术和行业发展会迎来重大变革。作为纯电动车的命脉，电池单体能量密度肯定会有所提升，达到非常有竞争力的水平，届时对电动车产业的发展和推广的作用也是巨大的。