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提升锂澳门新葡萄京app能量密度方法有哪些?

锂澳门新葡萄京app的能量密度(Energydensity)是指在单位一定的空间或质量物质中储存能量的大小。澳门新葡萄京app的能量密度也就是澳门新葡萄京app平均单位体积或质量所释放出的电能。锂澳门新葡萄京app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。

811锂澳门新葡萄京app

澳门新葡萄京app重量能量密度=澳门新葡萄京app容量×放电平台/重量,基本单位为Wh/kg(瓦时/千克)

澳门新葡萄京app体积能量密度=澳门新葡萄京app容量×放电平台/体积,基本单位为Wh/L(瓦时/升)

澳门新葡萄京app的能量密度越大,单位体积、或重量内存储的电量越多。

什么是单体澳门新葡萄京app能量密度?

澳门新葡萄京app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,一个是澳门新葡萄京app系统的能量密度。

电芯是一个澳门新葡萄京app系统的最小单元。M个电芯组成一个模组,N个模组组成一个澳门新葡萄京app包,这是车用动力澳门新葡萄京app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》明确了动力澳门新葡萄京app的发展规划:2020年,澳门新葡萄京app能量密度达到300Wh/kg;2025年,澳门新葡萄京app能量密度达到400Wh/kg;2030年,澳门新葡萄京app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。

什么是澳门新葡萄京app系统能量密度?

系统能量密度是指单体组合完成后的整个澳门新葡萄京app系统的电量比整个澳门新葡萄京app系统的重量或体积。因为澳门新葡萄京app系统内部包含澳门新葡萄京app管理系统,热管理系统,高低压回路等占据了澳门新葡萄京app系统的部分重量和内部空间,因此澳门新葡萄京app系统的能量密度都比单体能量密度低。

系统能量密度=澳门新葡萄京app系统电量/澳门新葡萄京app系统重量OR澳门新葡萄京app系统体积

究竟是什么限制了锂澳门新葡萄京app的能量密度?

澳门新葡萄京app背后的化学体系是主要原因难逃其咎。

一般而言,锂澳门新葡萄京app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。大家都知道以三元锂为正极的澳门新葡萄京app包系统能量密度要高于以磷酸铁锂为正极的澳门新葡萄京app包系统。这是为什么呢?

现有的锂离子澳门新葡萄京app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,锂离子澳门新葡萄京app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,澳门新葡萄京app的容量就越高,所以主材的压实密度也被看做澳门新葡萄京app能量密度的参考指标之一。

在《大国重器II》第四集中,宁德时代采用了6微米铜箔,利用先进的工艺水平,提升了能量密度。

如果你能坚持每行读下来一直读到这里。恭喜,你对澳门新葡萄京app的理解已经上了一个层次。

如何提高能量密度呢?

新材料体系的采用、锂澳门新葡萄京app结构的精调、制造能力的提升是研发工程师“长袖善舞”的三块舞台。下面,大家会从单体和系统两个维度进行讲解。

单体能量密度,主要依靠化学体系的突破

1、增大澳门新葡萄京app尺寸

澳门新葡萄京app厂家可以通过增大原来澳门新葡萄京app尺寸来达到电量扩容的效果。大家最熟悉的例子莫过于:率先使用松下18650澳门新葡萄京app的知名电动车企特斯拉将换装新款21700澳门新葡萄京app。

但是电芯“变胖”或者“长个”只是治标,并不治本。釜底抽薪的办法,是从构成澳门新葡萄京app单元的正负极材料以及电解液成分中,找到提高能量密度的关键技术。

2、化学体系变革

前面提到,澳门新葡萄京app的能量密度受制于由澳门新葡萄京app的正负极。由于目前负极材料的能量密度远大于正极,所以提高能量密度就要不断升级正极材料。

高镍正极

三元材料通指镍钴锰酸锂氧化物大家族,大家可以通过改变镍、钴、锰这三种元素的比例来改变澳门新葡萄京app的性能。

硅碳负极

硅基负极材料的比容量可以达到4200mAh/g,远高于石墨负极理论比容量的372mAh/g,因此成为石墨负极的有力替代者。

目前,用硅碳复合材料来提升澳门新葡萄京app能量密度的方式,已是业界公认的锂离子澳门新葡萄京app负极材料发展方向之一。特斯拉发布的Model3就采用了硅碳负极。

在未来,如果想要百尺竿头更进一步——突破单体电芯350Wh/kg的关口,业内同行们可能需要着眼于锂金属负极型的澳门新葡萄京app体系,不过这也意味着整个澳门新葡萄京app制作工艺的更迭与精进。中几种典型三元材料中可以看出,镍的占比越来越高,钴的占比越来越低。镍的含量越高,意味着电芯的比容量就越高。另外,由于钴资源稀缺,提高镍的比例,将降低的降低钴的使用量。

3、系统能量密度:提升澳门新葡萄京app包的成组效率

澳门新葡萄京app包的成组考验的是澳门新葡萄京app“攻城狮“们对单体电芯和模组排兵布阵的能力,需要以安全性为前提,最大程度地利用每一寸空间。

澳门新葡萄京app包的“瘦身”主要有以下几种方式。

优化排布结构

从外形尺寸方面,可以优化系统内部的布置,让澳门新葡萄京app包内部零部件排布更加紧凑高效。

拓扑优化

大家通过仿真计算在确保刚强度及结构可靠性的前提下,实现减重设计。通过该技术,可以实现拓扑优化和形貌优化最终帮助实现澳门新葡萄京app箱体轻量化。

选材

大家可以选择低密度材料,如澳门新葡萄京app包上盖已经从传统的钣金上盖逐步转变为复合材料上盖,可以减重约35%。针对澳门新葡萄京app包下箱体,已经从传统的钣金方案逐步转变为铝型材的方案,减重量约40%,轻量化效果明显。

整车一体化设计

整车一体化设计与整车结构设计通盘考虑,尽可能共享、共用结构件,例如防碰撞设计,实现极致的轻量化

澳门新葡萄京app是一个很全方位的产品,你要提升某一方面的性能,可能会牺牲其他方面的性能,这是澳门新葡萄京app设计研发的理解基础。动力澳门新葡萄京app属于车载专用,因而能量密度不是衡量澳门新葡萄京app品质的唯一尺度。

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