La densidad de energía (Energydensity) se refiere a la cantidad de energía almacenada en una unidad de un determinado espacio o materia de masa. La densidad de energía de una batería es la energía eléctrica liberada por la unidad de volumen o masa promedio del batería . La densidad de energía de una batería generalmente se divide en dos dimensiones: densidad de energía de peso y densidad de energía de volumen.

Peso de la batería Densidad de energía = capacidad de la batería × ​​plataforma de descarga / peso, la unidad básica es Wh / kg (vatios hora / kg)

Densidad de energía del volumen de la batería = capacidad de la batería × ​​plataforma / volumen de descarga, la unidad básica es Wh / L (vatios hora / litro)

Cuanto mayor es la densidad de energía de la batería, más electricidad se almacena por unidad de volumen o peso.

¿Cuál es la densidad de energía del monómero?

La densidad de energía de una batería a menudo apunta a dos conceptos diferentes, uno es la densidad de energía de una sola celda y el otro es la densidad de energía del sistema de batería.

La celda de la batería es la unidad más pequeña de un sistema de batería. Las baterías M forman un módulo y los módulos N forman un paquete de baterías. Esta es la estructura básica de la batería de un vehículo.

La densidad de energía de una sola celda, como su nombre lo indica, es la densidad de energía de un solo nivel de celda.

Según "Made in China 2025", el plan de desarrollo de las baterías eléctricas está definido: en 2020, la densidad de energía de la batería alcanzará los 300Wh / kg; en 2025, la densidad de energía de la batería alcanzará los 400Wh / kg; en 2030, el energía de la batería la densidad alcanzará los 500Wh / kg. Esto se refiere a la densidad de energía de un solo nivel de celda.

¿Cuál es la densidad de energía del sistema?

La densidad de energía del sistema se refiere al peso o volumen de todo el sistema de batería en comparación con el peso o volumen de todo el sistema de batería después de que se completa la combinación de monómeros. Debido a que el sistema de batería contiene un sistema de gestión de batería, un sistema de gestión térmica, circuitos de alto y bajo voltaje, etc. ocupan parte del peso y el espacio interno del sistema de batería, la densidad de energía del sistema de batería es menor que la densidad de energía del monómero. .

Densidad de energía del sistema = potencia del sistema de batería / peso del sistema de batería O volumen del sistema de batería

¿Qué limita la densidad de energía de las baterías de litio?

Las cuatro partes de una batería de litio son muy críticas: electrodo positivo, electrodo negativo, electrolito y diafragma. Los polos positivo y negativo son los lugares donde tienen lugar las reacciones químicas, que son equivalentes a las dos venas de Ren y Du, y su importante estatus es evidente.

Todos sabemos que la densidad de energía del sistema de batería con litio ternario como electrodo positivo es mayor que la del sistema de batería con fosfato de hierro y litio como electrodo positivo. ¿Por qué es esto?

La mayoría de los materiales de ánodo actuales para baterías de iones de litio son grafito, y la capacidad teórica en gramos de grafito es de 372 mAh / g. La capacidad teórica en gramos del material catódico fosfato de hierro y litio es de solo 160 mAh / g, mientras que el material ternario níquel cobalto manganeso (NCM) es de aproximadamente 200 mAh / g.

La plataforma de voltaje del fosfato de hierro y litio es de 3,2 V y el índice ternario es de 3,7 V. Comparando las dos fases, la densidad de energía es alta y la diferencia es del 16%.

¿Cómo aumentar la densidad energética?

Aumentar el tamaño de la batería

Los fabricantes de baterías pueden lograr el efecto de expansión de la capacidad aumentando el tamaño original de la batería. El ejemplo más conocido es que Tesla, una conocida empresa de automóviles eléctricos que fue la primera en utilizar la batería 18650 de Panasonic, la reemplazará por una nueva batería 21700.

Reforma del sistema químico

La densidad de energía de la batería está limitada por los electrodos positivo y negativo de la batería. Dado que la densidad de energía del material del electrodo negativo actual es mucho mayor que la del electrodo positivo, aumentar la densidad de energía requiere una mejora continua del material del electrodo positivo.

Cátodo alto en níquel

Los materiales ternarios generalmente se refieren a la gran familia de óxidos de litio de óxido de níquel, cobalto y manganeso. Podemos cambiar el rendimiento de la batería cambiando la proporción de los tres elementos de níquel, cobalto y manganeso.

La proporción de níquel es cada vez más alta y la proporción de cobalto es cada vez más baja. Cuanto mayor sea el contenido de níquel, mayor será la capacidad específica de la celda de la batería. Además, debido a la escasez de recursos de cobalto, aumentar la proporción de níquel reducirá la cantidad de cobalto utilizada.

Ánodo de carbono de silicio

La capacidad específica de los materiales de ánodos a base de silicio puede alcanzar los 4200 mAh / g, que es mucho más alta que la capacidad específica teórica de los ánodos de grafito de 372 mAh / g, por lo que se ha convertido en un poderoso sustituto de los ánodos de grafito.

Densidad de energía del sistema: mejora la eficiencia de los paquetes de baterías

Estructura de diseño optimizada: desde el punto de vista de las dimensiones, el diseño interno del sistema se puede optimizar para hacer que los componentes internos del paquete de baterías sean más compactos y eficientes.

Realizamos el diseño de reducción de peso bajo la premisa de asegurar rigidez y confiabilidad estructural a través del cálculo de simulación. A través de esta tecnología, se puede lograr la optimización de la topología y la optimización de la topografía y, en última instancia, ayudar a lograr gabinetes de baterías livianos.

Selección de materiales: Podemos elegir materiales de baja densidad. Por ejemplo, la cubierta del paquete de baterías ha cambiado gradualmente de la cubierta de chapa metálica tradicional a la cubierta de material compuesto, que puede reducir el peso en aproximadamente un 35%. Para la caja inferior del paquete de baterías, ha cambiado gradualmente de la solución de chapa tradicional a la solución de perfil de aluminio, reduciendo el peso en aproximadamente un 40%, y el efecto liviano es obvio.

Diseño del vehículo integrado: el diseño integrado del vehículo y el diseño de la estructura del vehículo se consideran de manera integral, compartiendo y compartiendo partes estructurales tanto como sea posible, como el diseño anticolisión, para lograr el máximo peso ligero.

La batería es un producto muy completo. Si desea mejorar un aspecto del rendimiento, puede sacrificar otros aspectos del rendimiento. Esta es la base para comprender el diseño y desarrollo de baterías. Las baterías de energía están dedicadas a los vehículos, por lo que la densidad de energía no es la única medida de la calidad de la batería.