Щільність енергії означає кількість енергії, збереженої в певній одиниці простору або маси речовини. Щільність енергії батареї — це електрична енергія, що вивільняється середнім об’ємом або масою батареї. Щільність енергії акумулятора зазвичай поділяють на два виміри: гравіметричну щільність енергії та об’ємну щільність енергії.

Що таке щільність енергії?
Щільність енергії означає кількість енергії, збереженої в певній одиниці простору або маси речовини. Щільність енергії батареї — це електрична енергія, що вивільняється середнім об’ємом або масою батареї. Щільність енергії акумулятора зазвичай поділяють на два виміри: гравіметричну щільність енергії та об’ємну щільність енергії.

Вага батареї щільність енергії = ємність батареї × розрядна платформа/вага, базова одиниця — Вт·год/кг (ват-годин/кг)
Об’ємна енергетична щільність батареї = ємність батареї × розрядна платформа/об’єм, основна одиниця — Вт·год/л (ват- година/літр)
Чим більша щільність енергії батареї, тим більше електроенергії можна накопичити на одиницю об’єму або ваги.

Що таке щільність енергії мономеру?
Щільність енергії акумуляторів часто вказує на дві різні концепції: одна — це щільність енергії окремого елемента, а інша — щільність енергії акумуляторної системи.

Елемент є найменшою одиницею акумуляторної системи. M елементів утворюють модуль, а N модулів утворюють акумуляторну батарею, яка є основною структурою автомобільної батареї.

Щільність енергії окремої клітини, як випливає з назви, — це щільність енергії на рівні однієї клітини.

Відповідно до «Made in China 2025» уточнюється план розвитку акумуляторних батарей: у 2020 році щільність енергії батареї досягне 300 Вт·год/кг; у 2025 році щільність енергії батареї досягне 400 Вт·год/кг; у 2030 році щільність енергії батареї досягне 500 Вт·год/кг. Це відноситься до щільності енергії на рівні однієї клітини.

Що таке щільність енергії системи?
Щільність енергії системи відноситься до ваги або об’єму всієї акумуляторної системи після завершення поєднання мономерів. Оскільки система батареї включає систему керування батареєю, систему теплового керування, схеми високої та низької напруги тощо, які займають частину ваги та внутрішнього простору системи батареї, щільність енергії системи батареї нижча за щільність енергії мономеру.

Щільність енергії системи = заряд акумуляторної системи/вага акумуляторної системи АБО об’єм акумуляторної системи
Що саме обмежує щільність енергії літієвих батарей?
Основною причиною є хімічний склад батареї.

Загалом, чотири частини літієвої батареї дуже важливі: позитивний електрод, негативний електрод, електроліт і діафрагма. Позитивний і негативний електроди є місцем, де відбуваються хімічні реакції, які еквівалентні двом жилам Ren і Du, і їх важливість очевидна. Ми всі знаємо, що щільність енергії акумуляторної системи з потрійним літієм як позитивним електродом вища, ніж у системи акумуляторної батареї з літій-залізофосфатом як позитивним електродом. Чому це?

Існуючі анодні матеріали для літій-іонних акумуляторів переважно складаються з графіту, а теоретична ємність графіту в грамах становить 372 мАг/г. Теоретична ємність літій-залізофосфату катодного матеріалу становить лише 160 мАг/г, тоді як потрійний матеріал нікель-кобальт-марганець (NCM) становить близько 200 мАг/г.

Відповідно до теорії бочки, рівень води визначається найкоротшою частиною бочки, а нижня межа щільності енергії літій-іонних акумуляторів залежить від матеріалу катода.

Платформа напруги фосфату літію і заліза становить 3,2 В, а цей показник трійного - 3,7 В. Порівняно з двома, щільність енергії висока і різниця становить 16%.

Звичайно, крім хімічної системи, рівень виробничого процесу, наприклад щільність ущільнення, товщина фольги тощо, також впливає на щільність енергії. Загалом, чим вища щільність ущільнення, тим вища ємність батареї в обмеженому просторі, тому щільність ущільнення основного матеріалу також розглядається як один із еталонних показників щільності енергії батареї.

У четвертому епізоді «Great Power II» CATL використала 6-мікронну мідну фольгу, використовуючи передову технологію для підвищення щільності енергії.

Якщо ви можете дотримуватися кожного рядка, прочитайте до кінця. Вітаємо, ваше розуміння акумуляторів вийшло на новий рівень.

Як підвищити щільність енергії?
Застосування нових систем матеріалів, точне налаштування структури літієвої батареї та вдосконалення виробничих можливостей — це три етапи, на яких інженери-дослідники повинні «витончено танцювати». Нижче ми пояснимо два виміри одиночного та системного.
——Індивідуальна щільність енергії, головним чином покладаючись на прориви в хімічних системах

1. Збільште розмір акумулятора

Виробники акумуляторів можуть досягти ефекту збільшення ємності, збільшуючи розмір оригінального акумулятора. Нам найбільш відомий приклад: Tesla, відома компанія з виробництва електромобілів, яка стала лідером у використанні акумулятора Panasonic 18650, замінить його на новий акумулятор 21700.

Однак «жирні» або «довгі» клітини є лише тимчасовим рішенням, а не першопричиною. Метод витягування плати з дна чайника полягає в тому, щоб знайти ключову технологію для покращення щільності енергії з матеріалів позитивного та негативного електродів і компонентів електроліту, які утворюють блок батареї.

2. Зміни в хімічній системі

Як згадувалося раніше, щільність енергії батареї контролюється позитивним і негативним електродами батареї. Оскільки щільність енергії матеріалу негативного електрода набагато вища, ніж щільність позитивного електрода, необхідно постійно вдосконалювати матеріал позитивного електрода, щоб покращити щільність енергії.

Катод з високим вмістом нікелю

Потрійні матеріали зазвичай відносяться до великого сімейства нікель-кобальт-літій-манганатних оксидів. Ми можемо змінити продуктивність батареї, змінивши співвідношення нікелю, кобальту та марганцю.

Кремнієвий вуглецевий анод на малюнку

. Питома ємність анодних матеріалів на основі кремнію може досягати 4200 мАг/г, що значно перевищує теоретичну питому ємність графітових анодів у 372 мАг/г, тому він став потужною заміною графітовим анодам.

В даний час використання кремній-вуглецевих композиційних матеріалів для підвищення енергетичної щільності акумуляторів стало одним із напрямів розвитку анодних матеріалів для літій-іонних акумуляторів, визнаних промисловістю. Модель 3, випущена Tesla, використовує кремнієвий вуглецевий анод.

У майбутньому, якщо ви захочете піти далі й подолати бар’єр у 350 Вт-год/кг для окремих елементів, колегам галузі, можливо, доведеться зосередитися на системах літієвих акумуляторів негативного типу, але це також означає, що весь процес виробництва акумуляторів Змінити і уточнення. З кількох типових потрійних матеріалів у Китаї можна побачити, що частка нікелю стає все вищою і вищою, а частка кобальту стає все меншою і нижчою. Чим вищий вміст нікелю, тим вище питома ємність осередку. Крім того, через дефіцит ресурсів кобальту збільшення частки нікелю зменшить кількість використовуваного кобальту.

3. Щільність енергії системи: підвищення групової ефективності батарейних блоків
Групування акумуляторних блоків перевіряє здатність акумуляторних «облогових левів» розташовувати окремі комірки та модулі. Необхідно взяти за основу безпеку та максимально використовувати кожен дюйм простору.

В основному існують такі способи «зменшення» акумуляторної батареї.

Оптимізуйте компонування
З точки зору зовнішніх розмірів, внутрішнє розташування системи можна оптимізувати, щоб зробити розташування компонентів всередині акумуляторної батареї більш компактним і ефективним.

Оптимізація топології
Ми реалізуємо проект зменшення ваги шляхом моделювання розрахунків на передумові забезпечення жорсткості та структурної надійності. За допомогою цієї технології можна досягти оптимізації топології та оптимізації топографії, що зрештою допоможе створити легкі акумуляторні коробки.

Вибір матеріалу
Ми можемо вибрати матеріали низької щільності. Наприклад, верхня кришка акумуляторної батареї була поступово перетворена з традиційної верхньої кришки з листового металу на верхню кришку з композитного матеріалу, що може зменшити вагу приблизно на 35%. Для нижньої коробки акумуляторної батареї традиційне рішення з листового металу було поступово перетворено на рішення з алюмінієвого профілю, що зменшило вагу приблизно на 40%, і ефект полегшення очевидний.

Інтегрований дизайн автомобіля

Враховано інтегровану конструкцію всього транспортного засобу та конструкцію всієї конструкції транспортного засобу, а конструктивні частини, як, наприклад, конструкція проти зіткнення, максимально спільні, щоб досягти максимально легкої ваги.

Акумулятор є дуже комплексним продуктом. Якщо ви хочете покращити продуктивність одного аспекту, ви можете пожертвувати продуктивністю інших аспектів. Це основа для розуміння конструкції та розробки акумуляторів. Акумулятори призначені для транспортних засобів, тому щільність енергії не є єдиним показником якості акумулятора.