鋰電池能量密度 550Wh/kg靠譜嗎?

2021-01-11 OFweek維科網

CRABTREE 2015年在The energy-storage frontier : Lithium-ion batteries and beyond中總結了過去25年松下18650電芯能量密度的變化。經過千辛萬苦,現在電芯實際R佔比(Real/Cal.)已經達到了61%左右,實際電池系統加上管理系統、冷卻系統、引線等,成組實際能量密度會更進一步降低。下表例舉了一部分現有實際電池能量密度,可憐的明日之星鋰硫電池才10%左右的理論容量發揮;按照R max = 61%算,理論能量密度最高的鋰空的能量密度大概為3182 Wh/kg。

中科院的吳嬌楊博士對於選取了現有理論容量較高、理論容量較低但是商業化比較成熟等綜合性能比較好的正負極材料,進行正負極搭配,大致得出了結果:Li-rich-300 對Si-C-2000 的電芯體系,在所有的電池體系中具有最高質量能能量密度584 W·h/kg以及最高體積能量密度1645 W·h/L。該數值不包括封裝材料與極耳。

計算結果中,能量密度排名第二的是LCO-220 對Si-C-2000,可以分別達到536 W·h/kg 和1597 W·h/L。LiCoO2 理論比容量是274 mA·h/g,目前報導的可逆容量已經達到了220 mA·h/g[12-14]。但是也有相應的問題,LiCoO2 的放電可逆容量可以達到240~260 mA·h/g,但高容量LiCoO2(>180 mA·h/g)應用還需要解決高電壓電解液、析氧、結構不可逆轉等問題。實際電池中富鋰錳基正極材料和矽負極實現300 mA·h/g 和2000mA·h/g 還是非常困難的,現有的富鋰錳基正極材料也還需要提高倍率性能。另外,還核算了一下鋰金屬電池的最高實際發揮容量,100%Li 容量發揮時候,基於最高的正極材料LCO-220,重量能量密度也僅僅只有587 W·h/kg,體積能量密度只有1545 W·h/L。另外,從圖5和圖6可以看到,負極採用金屬,與空氣等搭配可以獲得更高的能量密度,但是這類電池的應用可能性較小。

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