三元锂电池的能量密度分析

能量密度高是三元锂电池的最大优势，所以同样重量的电池组电池容量更大，车子跑的距离也就更远，速度也能更快。而电压平台是电池能量密度的重要指标，决定着电池的基本效能和成本，电压平台越高，比容量越大，所以同样体积、重量，甚至同样安时的电池，电压平台比较高的三元材料锂电池续航时间更长。

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。

三元锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂三元正极材料的锂电池。相比磷酸铁锂电池，三元锂电池的综合表现更为平均，能量密度较高，体积比能量也更高，并且随着电池产业的发展，三元锂电池的价格也来到了一个厂家能够接受的范围。

三元锂电池能量密度高吗？

三元锂离子动力电池目前已经看到能量密度的“天花板”了，高镍材料、碳硅负极的锂电池单体能量密度最高应该在300Wh／kg左右，正负不超过20Wh／kg。目前，我国新能源汽车市场上的纯电动汽车所搭载的动力电池，大多数为三元锂电池材料和磷酸铁锂材料电池。尽管相比铅酸和镍氢电池，能量密度已经有了极大的提高，但是依然难以打消消费者的里程焦虑困扰。

比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为150Wh/kg，比亚迪三元锂电池能量密度则达到了200Wh/kg。可以看出，三元锂材料比磷酸铁锂的优势还是很明显的。深圳另外一家电池企业比克电池的三元材料动力电池单体电芯能量密度近220Wh/kg，在行业内算是比较高的。从适应政策的角度看，未来的能量密度要求更高，三元锂电池的潜力将得到更大的发挥。

三元锂电池最大的优势在于电池能量密度高，其储能密度通常在200Wh/kg以上，相对于磷酸铁锂的90-120Wh/kg来说，这样的表现对于轻量化设计更加友好，也更适合现阶段新能源乘用车市场对续航里程的需求。

三元锂电池能量密度接近极限

三元锂电池目前的单体能量密度已经接近极限，很难再有大的突破。越来越多的国内外企业和研究机构将重心集中到了固态电池上。目前纯电动汽车的发展一直受到电池能量密度低的桎梏。电池能量密度没有大的突破，纯电动车的续航里程就无法大幅提高，纯电动汽车的发展将智能依赖于政策支持，缺乏市场动力。

业内人士表示三元锂电池目前的单体能量密度已经接近极限，很难再有大的突破。要想进一步提升三元锂电池的能量密度，就需要进一步提升电池中镍的比重。但是电池中镍的比重提升后，由于高镍的热稳定性很差，电池内部的热反应就会非常剧烈，安全问题令人担忧。

依靠三元里电池技术路线，动力电池能量密度要做到350Wh/kg的目标，难度很大。因此行业希望依靠固态电池进一步提升电池能量密度。固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液，高温下表现良好，安全性更高。固态电池会大大降低电动车自燃的概率。越来越多的国内外企业和研究机构将重心集中到了全固态锂电池上。大众曾宣布计划研发续航1000km固态电池;丰田汽车预计2022年完成固态电池的研发工作，并计划于2030年实现量产。

电解质材料是全固态锂电池技术的核心，目前固态电解质的研究主要集中在三大类材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高温性能好，已经有商业化的应用案例;氧化物循环性能良好，适用于薄膜柔性结构;硫化物电导率最高，是未来主要方向。

提高动力三元锂电池比能量的技术途径

一、工艺进步，但如今电池工艺设计已相对成熟，提高电池比能量的空间不大；

二、材料性能的提升，受制于自身物化性能，以磷酸铁锂和三元锂为正极、碳材料为负极的锂离子动力电池在能量密度上很难有大的突破；

三、新材料、新体系，即开发高比能新材料、发展动力三元锂电池新体系是未来动力电池比能量大幅度提升的主要途径。

四、锂电池包能量密度是一个系统问题，提高电芯能量密度是一个直接手段，但是如果做好电芯的布置，电路的规划，减轻壳体重量，为电池减负，也是提高电池能量密度的一个有效手段。

无论技术如何改进，磷酸铁锂动力电池电芯的能量密度达到300Wh/kg的希望都较为迷茫，相对来说，三元锂电池技术路线则较有希望。