什么是电池的能量密度及限制锂电池能量密度的原因

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什么是电池的能量密度及限制锂电池能量密度的原因

什么是电池的能量密度及限制锂电池能量密度的原因
在相同能耗不变,电池包体积和重量不变都受到严格限制的情况下,新能源汽车的单次最大行驶里程主要取决于电池的能量密度。下面有电池之都为大家讲解什么是电池的能量密度及限制锂电池能量密度的原因:
电池包系统在整车中的布局
▌什么是能量密度?
能量密度是指在单位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。电池的能量密度一般分重量能量密度和体积能量密度两个维度。
电池重量能量密度=电池容量×放电平台/重量,基本单位为Wh/kg(瓦时/千克)
电池体积能量密度=电池容量×放电平台/体积,基本单位为Wh/L(瓦时/升)
电池的能量密度越大,单位体积、或重量内存储的电量越多。
▌什么是单体能量密度?
电池的能量密度常常指向两个不同的概念,一个是单体电芯的能量密度,一个是电池系统的能量密度。
电芯是一个电池系统的最小单元。M个电芯组成一个模组,N个模组组成一个电池包,这是车用动力电池的基本结构。
单体电芯能量密度,顾名思义是单个电芯级别的能量密度。
根据《中国制造2025》明确了动力电池的发展规划:2020年,电池能量密度达到300Wh/kg;2025年,电池能量密度达到400Wh/kg;2030年,电池能量密度达到500Wh/kg。这里指的就是单个电芯级别的能量密度。
▌什么是系统能量密度?
系统能量密度是指单体组合完成后的整个电池系统的电量比整个电池系统的重量或体积。因为电池系统内部包含电池管理系统,热管理系统,高低压回路等占据了电池系统的部分重量和内部空间,因此电池系统的能量密度都比单体能量密度低。
系统能量密度=电池系统电量/电池系统重量OR电池系统体积
▌究竟是什么限制了锂电池的能量密度?
电池背后的化学体系是主要原因难逃其咎。
一般而言,锂电池的四个部分非常关键:正极,负极,电解质,膈膜。正负极是发生化学反应的地方,相当于任督二脉,重要地位可见一斑。
我们都知道以三元锂为正极的电池包系统能量密度要高于以磷酸铁锂为正极的电池包系统。这是为什么呢?
现有的锂离子电池负极材料多以石墨为主,石墨的理论克容量372mAh/g。正极材料磷酸铁锂理论克容量只有160mAh/g,而三元材料镍钴锰(NCM)约为200mAh/g。
根据木桶理论,水位的高低决定于木桶最短处,锂离子电池的能量密度下限取决于正极材料。
磷酸铁锂的电压平台是3.2V,三元的这一指标则是3.7V,两相比较,能量密度高下立分:16%的差额。
当然,除了化学体系,生产工艺水平如压实密度、箔材厚度等,也会影响能量密度。一般来说,压实密度越大,在有限空间内,电池的容量就越高,所以主材的压实密度也被看做电池能量密度的参考指标之一。
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锂电池组组装常见的问题及产生的原因
锂电池组常见问题汇总分析。在费尽时间和精力组装完成了一个锂电池组之后,却发现在使用的过程中出现这样那样的问题,这无疑是很闹心的事情。下面由电池之都为大家讲解锂电池组组装常见的问题及产生的原因:
无法放电
锂电池包刚组装好准备实际使用一下时,却发现无法放电出来,这就很令人抓狂了。毕竟刚刚组装好的喜悦心情还没消散就被这放电的问题泼了一盆冷水。
对于锂电池组不能放电的原因,有以下几点可供大家来进行参考排查,锂电池组电压低触发了保护板或者控制器的保护功能;保护板或者控制器有损坏也会产生同样的结果;放电的正负极接反了。
除了锂电池组内部真的出现了问题,线路是否是断开的以及开关是否打开等这些检查方面粗心大意的行为也会使得锂电池组出现无法放电的问题。
充电故障
充电故障里包含有无法充进去电以及无法充满电。锂电池组充电时充不进电,可能的原因有充电器接反或充电器故障;保护板保护未恢复或保护板故障;电池组与用电器外部断路。
锂电池组在循环使用过程中,充电时未到电池组的整体切断电压充电就停止了。发生这种无法充满电的情况的原因是由于电池组的单串电量或容量不一致,电量高或容量低的先充饱被保护板保护使得其他串的电池电没有充饱就停止充电过程。
使用时间短
锂电池组在充满了电之后进行实际的使用时却发现电池组很快就放完电了。发生这种情况的原因主要有锂电池没有充饱电;单串电压容量差异大;电池组微短路或电池组自放电大导致电池组刚充饱电量就被消耗光了。
出现温度异常
锂电池组在充电或者放电的时候,温度出现异常,变得异常的烫手。如果长期出现这种情况,对于锂电池组的安全稳定以及使用寿命都会有很大的影响。
对于这种温度异常情况出现的原因,很大的可能是锂电池组的一致性差或者锂电池组中出现了高内阻电池或者电池组内有微短路的情况出现,才导致了锂电池组在充放电的时候出现温度异常。
如果想要自行组装锂电池组,最好还是先多练练手,多了解一些与锂电池以及组装锂电池组的资料,才能更好的保障自己在组装锂电池组时的安全,也可以组装出成效更好的锂电池包。在锂电池组出现问题的时候,心里也会更有数,不会对着问题一头雾水,胡乱动手最后锂电池组彻底报废。
更多关注:一般普通锂电池与动力用锂电池的四点区别
锂离子电池不同方法的分类及结构组成
锂电池分类根据不同的条件进行不同的分类,可以按照电解质材料分类,也可以根据工作环境进行分类,下面由电池之都为大家讲解锂离子电池不同方法的分类及结构组成:
锂离子电池按所用电解质材料的不同,可分为液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)两类。
锂电池按工作环境分:高温锂离子电池、低温锂离子电池、常温锂离子电池,按电解质状态分:液态锂离子电池、凝胶锂离子电池固态锂离子电池,按形状分:方形锂离子电池、圆柱型锂离子电池、椭圆形锂离子电池,按包装形式分:刚性外壳锂离子电池、软包外壳锂离子电池。
锂离子电池的结构组成:
电极是电池的基本组成部分,有正极和负极组成。锂离子电池的电极材料主要包括:
主要成分:即活性物质,是直接参加电化学反应的物质。锂离子电池的正极活性物质是锂脱嵌化合物,目前已使用有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元(镍钴锰酸锂)、磷酸亚铁锂等。负极活性物质主要有石墨化碳材料、无定形碳材料、氮化物、硅基材料、新型合金和其他材料。次要成分:不直接参加电极反应,但可以改善电池的导电性能和加工性能。主要有集流体、粘接剂和导电剂等。
锂离子电池按内部的材料组成可分为:
化学类材料:钴酸锂(锰酸锂,镍酸锂、三元材料、磷酸亚铁锂)、石墨类负极(人造石墨、天然石墨、MCMB、改性天然石墨)、隔膜、电解液、导电剂(石墨类:KS-6,SO;导电炭黑,如SuperP、乙炔黑、科琴黑等)、PVDF(聚偏二氟乙烯,其分子量30万~60万不等,是正极最常用的粘结剂)、NMP(N-甲基吡咯烷酮,良好的有机溶剂,能较快溶解PVDF)、草酸(用于铜箔的表面清洗及微腐蚀,增强基体与粘结剂之间的粘结附着力)、SBR(丁苯橡胶,乳胶型粘结剂,SBR与CMC混合一起使用作为负极材料的水性粘结剂)、CMC(羧甲基纤维素钠,果胶,与SBR混合使用,用于分散和增稠)、PTC(高分子正温度系数热敏电阻,超过某一温度绝缘,低于该温度电学导通)、高温胶纸(对极片两端和极耳进行机械与电学保护以及作为终止带使用)、铜箔(一般使用电解铜箔,负极集流体,单双面光铜箔一般配油性料,双面毛铜箔一般配水性料)、铝箔(压延铝箔,正极集流体)等;
五金类材料:钢壳、铝壳、盖帽、隔圈、铝带、镍带、铝镍复合带等。
锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长,是21世纪发展的理想能源。
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