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1、锂电池干货系列之锂电和金属锂能量密度计算锂电池干货系列之锂电和金属锂能量密度计算网络转载导语：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，或讲的更标准一点，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目以及单节电池内的能量密度纯电动车电池的能量密度上下有多重要？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，或讲的更标准一点，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目以及单节电池内的能量密度。这个公式很好理解：总电量=电池数目单节电池能量密度。而当代汽车的构造设计其实已经很死板了，留给电池组的空间也就那么一点，大局部车
2、型都集中在坐舱地板下方，当然这也是出于平安性和空间性的考虑。所以讲，电池数目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者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者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，根本单位为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。圆柱形锂电池构造图关于电池能量密度，如今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打破口，但是打破它，真
3、的是很难啊！典型电池设计非活性物质(除引线等)的占比据悉，电池的能量密度根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，比方导电辅助剂、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、铝塑膜壳或钢铝壳等等。我们中大局部人总是有意无意的忽略这局部物质的含量，得出的能量密度与事实相差较大，误导吃瓜群众。其实，这局部相当重要，就拿过去十几年的技术进步来讲，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到达电量扩容的效果。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
4、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，串并联数目太多，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。图中为21700电池而21700电池在尺寸上相比18650电池直径18mm，长度65mm更大，到达了直径21mm，长度70mm。假如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展计算，可知：30支21700的体积是40支18650体积的1.1倍，质量那么为0.97倍。在同等能量下，所需电池的数目可减少约1/3，电池包内部金属连接件数目减少，
5、进而进一步降低电池包的重量，整车的能量密度将得到局部提升，到达接近300kw/kg。以下三点尤为引人留意：1.到2020年，锂离子动力电池单体比能量大于300Wh/kg；系统比能量争取到达260Wh/kg；本钱小于1元/瓦时；使用环境达-30到55；具备3C充电才能。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。日前，澳洋顺昌002245在2018半年报中披露，在高镍NCA产品储藏上，天鹏电源已经完成18650型号3.5AH产品的技术储藏，可以根据电动汽车客户要求投产系统能量密度超过160Wh/kg的
6、高能量密度电池。三元圆柱领军企业比克也对外表示，公司3.0Ah的18650动力电芯已经配套江淮群众旗下一款新A00级SUV车型。可以明确的是，随着18650动力电芯自动化、智能化消费程度的提升和下游车企对高能量密度电池的需求，18650电池企业正在往3.0AH以上的高容量电芯产品布局。根据高工产研锂电研究所GGII数据统计，国内目前具备量产18650动力电芯的企业数目超过20家。但各家囿于资金、技术、产能、工艺、设备等因素，最终可以量产2.6AH以上18650动力电芯的企业并不多。从产能来看，高工锂电盘点了比克、亿纬锂能、智航新能源、远东福斯特、天鹏电源、力神等6家技术及市场口碑较好的1865
7、0电池企业发现，比克以6GWh产能居第一位，力神产能虽不高，但从其内部人士得悉，目前公司18650供不应求，产能紧张。假设以技术来衡量，国内一家圆柱电池企业总工表示，国内18650动力电池还是主要对标松下，其3.0AH以上的18650已经实际应用于特斯拉，但在国内稳定量产2.8-2.9Ah18650就成为电池企业的一道门槛。目前，2.4-2.6Ah的容量电池产品是当下新能源汽车市场上的主流产品，也是国内圆柱电池企业竞争最剧烈的几款产品。作为消费工艺最为成熟的动力电池技术道路，18650电芯具备交货周期短、尺寸标准统一等上风，尤其对车企来讲，最大的上风在于国内产能供给知足、性价比高的圆柱电池企业
8、数目较多，可选择性较广，切换便捷。但要知足下游客户对动力电池高能量密度的需求，18650高容量化是将来开展的必然趋势。尽管21700已经有替换趋势，但从现下来看，国内可以稳定量产21700的企业屈指可数，18650至少在1-2年内还将处于主流地位。那么，从2.6Ah提升到3.0AH甚至更高的18650电芯，对电池企业来讲，难点集中在哪呢？包括比克、力神、远东福斯特、亿纬锂能等多家电池企业的共鸣是：首先，高容量必须从材料端着手，导入高镍甚至是配以硅碳等材料，电池企业需要攻克高镍正极对应用环境、水分敏感等难关。今年硅碳在动力市场应用放缓，也正与电池企业在工艺方面的推进较慢有关。其次，具备实验程度后
9、，最大的瓶颈在于怎样实现规模化的量产，真正实现装车应用。这两大难点都对18650电池企业的设备、工艺和技术提出更高要求。高工锂电特此梳理比克、力神、天鹏电源、远东福斯特、鹏辉能源、智航新能源、卓能新能源7家18650电池企业在高容量电芯产品方面的布局，以一窥国内18650电池技术程度。比克：3.0Ah18650电芯配套A0级SUV车型8月中旬，比克电池在官微公布，公司为江淮群众SOL(思皓)品牌首款A0级SUV车型产品E20X提供配套产品，采用3.0Ah的18650三元动力电芯，电池包还采用液冷电池平安管控技术，工况最大续航里程301km，最高车速为130km/h，预计将于9月正式上市。7月1
10、2日，吉祥全球鹰在上海公布出售最新款纯电动车型EX3，该车型共有3个版本，装备了比克186502.75Ah高能芯锂电池，电池容量为41.5kWh，最大续航里程可达380KM。力神：21700应用装车的国内首家圆柱企业力神是国内目前首家规模量产21700并且应用在乘用车上的动力电池企业。作为国内老牌的18650电池企业，力神总计拥有1GWh18650电芯产能，全部实现自动化、智能化消费，可以知足车企2500mAh以上高容量电芯消费需求。天鹏电源：NCA体系18650电池装车在今年3月12日澳洋顺昌2017年业绩报告路演上，天鹏电源总经理陈璇表示：“2017年，天鹏电源在电开工具电池和EV电池领域
11、的业绩占比已经到达1:1，在EV领域主要定位微型乘用车市场，和上汽通用五菱、知豆、康迪、众泰等车企建立了合作。比方上汽通用五菱爆款车型宝骏E100，新款晋级版宝骏E200都配套应用天鹏电源NCA体系18650电池。其中，宝骏E100在今年1-5月中以7972辆的销量位居国内新能源A00级乘用车十大畅销车型第六名。远东福斯特：3100mAh动力电芯进入中试远东福斯特深耕18650三元锂电池多年，拥有18650-2400mAh、2600mAh、2800mAh、3100mAh等多种型号的产品，预计2019年NCM811高容量电芯将投产。其中，远东福斯特消费的2600-2900mAh18650产品已经
12、开场使用高镍811材料，2017年已有少量出货，今年3月实现批量出货。8月初，智慧能源(600869)表示，全资子公司远东福斯特的圆柱186503100mAh动力电芯目前已进入中试阶段。鹏辉能源：主打2800mAh18650动力电芯6月份，鹏辉能源动力研究院院长刘建生向高工锂电透露，从今年4月起，公司动力用圆柱电池新增产能均为NCM811，以2800mAh容量为主，采用811搭配石墨负极方案，能量密度达220Wh/kg，目前主要给上汽通用五菱配套。公司也正在加紧推进NCM811体系3000mAh的18650电芯量产，以及NCM811搭配硅碳3300mAh电芯的进展。智航新能源：3000mAh1
13、8650电池通过新国标强检高工产研锂电研究所GGII数据显示，智航新能源在2018上半年动力电池装机量排名中位居第10。在5月份的高工锂电2018动力电池供给链巡回活动中，智航新能源称，公司专注于三元技术道路，主打产品为18650-2600mAh三元电池，单体比能量达210wh/kg，更高能量密度的3000mAh新品已完成中试，并已通过新国标强检。公司拥有三元正极材料、电芯和PACK系统的完好产线，目前总计产能3.5GWh。卓能新能源：主推2800mAh及更高容量的电芯目前，卓能新能源拥有深圳、广西两大消费基地，日产电芯160万颗，均为实际消费产能。其中，深圳基地日产60万颗，以3C消费类电池为主；广西基地日产100万颗，以动力电池为主。去年，卓能新能源动力电池主流型号为2600mAh型号产品，今年在动力电池市场将主推2800mAh及更高容量的电芯，目前已进入批量供货阶段。