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10年翻6倍，新能源电池能量密度天梯

随着比亚迪基于磷酸铁锂技术的“刀片电池”发布，以及特斯拉与宁德时代商讨“无钴电池”事件的曝光，再一次将已被乘用车领域“抛弃”的磷酸铁锂电池拉回到人们的视线中。随之而来的是众多关于今后动力电池路径选择的猜忌。

暂且不说未来电动车动力电池路径如何的选择，纵观动力电池发展至今，无论是选择三元锂电池还是磷酸铁锂电池，最关键的决定因素之一便是“电池能量密度”，这也将继续影响未来动力电池技术路径的选择。那么，国内市场上电动车的动力电池的能量密度是如何发展的呢？ 今天，头条君带大家盘点一番。

在盘点之前，我们先明白电池能量密度的一个概念，即电池平均单位体积或质量所释放出的电能。而对于电动车动力电池的能量密度常常指向的是两个不同的概念，一个是单体电芯的能量密度，一个是电池系统（电池包）的能量密度。电芯能量密度指的是一个电池系统的最小单元；电池系统能量密度是指单体组合完成后的整个电池系统的电量比整个电池系统的重量或体积。

本文中所比较都是电芯能量密度，之所以只看电芯，不看电池包，是因为电池包是由车企自己设计，而电芯才是电池技术的真正体现。

首先要说的就是我国电动车领域大佬比亚迪，伴随着政策的东风，比亚迪加快了开发新能源汽车的步伐，并且自主研发磷酸铁锂电池。2010年第一批搭载比亚迪磷酸铁锂电池量产的车型就是比亚迪推出的e6，其电芯能量密度为90Wh/kg。

随着技术的升级，磷酸铁锂电池电芯能量密度也逐步提升，2015年，磷酸铁锂电池电芯能量密度提高到125 Wh/kg，随后又提高到135 Wh /kg。目前，比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为160Wh/kg，而接下来比亚迪计划将电芯能量密度继续提升到180Wh/kg。

虽然磷酸铁锂电池技术在不断的进步，但也很难达到更高的能量密度来满足电动车的高要求的续航里程。于是，比亚迪开启了两条腿走路的模式，不放弃磷酸铁锂电池的研发，但也同时开启了对三元锂电池的研究。比亚迪的插电式混合动力车型比如，秦100、唐100、宋DM等已经开始使用三元锂电池。

2019年上市的比亚迪唐ev600所用的三元锂电池电芯的密度达到235Wh/kg，也是目前比亚迪量产的三元锂电池最高的能量密度，有望在今年达到300Wh/kg。

除比亚迪外，不得不说的还有我国动力电池的龙头企业宁德时代。在2014年与宝马合作的第一款车型华晨宝马之诺1E的上市，让宁德时代名声大噪，当时，宝马之诺1E电芯能量密度约为89Wh/kg。在此后，宁德时代电动车技术研发上更是突飞猛进，可以说赶超日韩动力电池企业。

磷酸铁锂电池方面，宁德时代电芯能量密度达到了160Wh/kg以上。在三元锂电池方面，宁德时代主要有三种类型的电池，分别为NCM 523 、NCM 622和NCM811，其能量密度分别为160-200Wh/kg、230Wh/kg以及270Wh/kg。

而我国市场主流的电动车均采用宁德时代的电池。例如，名爵ezs采用的是宁德时代NCM 523电池，其电芯密度为161Wh/kg；同样，朗逸用的也是NCM 523电池，电芯密度为189Wh/kg。广汽新能源传祺GE3 则采用的宁德时代NCM 622电池，电芯能量密度为217Wh/kg。

值得一提的是，宝马X1PHEV和广汽新能源的Aion S搭载的宁德时代生产的NCM 811动力电池，续航能力大幅提升，电芯能量密度为235Wh/kg。未来，帝豪GSe和东风风神电动也有望搭载宁德时代NCM 811电池，来达到高续航的标准。

除了搭载宁德时代电池的车型，在国内动力电池市场最吸引人眼球的莫过于特斯拉的Model3，在2019年量产，2020年交付，据悉，其电池电芯的能量密度为300Wh/kg，所使用的电池为21700电池。

回看特斯拉动力电池能量密度发展里历程可以用突飞猛进来形容，从2008年第一辆生产的电动汽车Roadster，电芯能量密度为55Wh/kg，到在2012年6月交付第二款量产车型ModelS，其当时电芯能量密度约为200Wh/kg，再到2015年则交付第三款量产车型ModelX，电芯能量密度约为250Wh/kg以及现在达到300Wh/kg的Model3。

不断研发高能量密度电池，使其电动车的续航里程也在不断提高，特斯拉逐步成为全球电动汽车领导者。

除特斯拉外，位于欧美地区的车企，将电动车投放中国市场的还有通用汽车。2013年通用汽车将旗下雪佛兰电动车型沃蓝达投放中国市场，沃蓝达采用的LG化学的电池，当时其电芯能量密度为140Wh/kg。

此外，还有日产LEAF也曾投放到中国市场，日产LEAF是全球第一台量产的电动车，2015款聆风的电芯能量密度约为157Wh/kg，到2018款LEAF的电芯密度以达到224Wh/kg，提升约有20%。

头条说：

从以上盘点可以看出，基本上短短5年间，电池密度提升了近一倍，可见淘汰速度之快。但对于电芯能量密度市场依然有更高的要求，在《节能与新能源汽车技术路线图》中，特别提出了2020年动力电池的能量密度达到300Wh／kg，2025年400Wh／kg，2030年500Wh／kg的目标。在工信部颁布的《中国制造2025》中，这一目标甚至提高到了2025年400Wh/kg，2030年500Wh/kg。

显然，不管是哪一个，这些技术指标都已极其接近和突破了当下电化学体系内的锂离子电池的天花板了，而电芯能量密度是动力电池最核心的性能指标之一，寻求更高的能量密度是也电池企业以及车企孜孜以求的目标。不过随着能量密度的不断提升，锂电池的安全隐患也像挥之不去的魔咒一样紧随，未来对于电池企业以及电动车车企来说还有好长一段路要走。

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BYD刀片电池是磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池热稳定性

BYD刀片电池是磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池热稳定性，性能很好，磷酸铁锂电池火点约500摄氏度，三元锂电池，只有约200摄氏度，磷酸铁锂电池，即使针也不会着火，所以从电池的化学性质来看，磷酸铁锂电池比三元锂电池更安全。刀片电池安全的很大一部分原因是磷酸铁锂电池能量密度低。目前，大规模生产的刀片电池能量密度只能达到180Wh/ kg 的水平。此外，化学成分也证明，后续改进空间不大。与批量生产的三元锂电池相比，最高能量密度已达到270Wh/ kg ,磷酸铁锂电池刚好高出50%。这是一个很大的差距，三元锂电池之后还有几倍的改进空间。三元锂正极材料的价格一般比磷酸铁锂高50%以上，这些矿物集中在非洲战争国家，产量波动特别大。正极材料占整个电池成本的一半以上，磷酸铁锂电池原料更稳定，价格更便宜，但缺点是能量密度低。刀片电池按其形状命名，单独取出刀片电池，如下图所示，电池长度为960mm 厚度为90mm，13.5mm，因其形状与刀片非常相似，所以被命名为刀片电池。现在市场上的电池基本上有三种——方形电池、圆柱形电池、软包电池。圆柱形电池类似于方形电池。它们是三层薄膜，即正极薄膜、负极薄膜和电解质薄膜，然后卷成卷。不同之处在于，圆柱形电池采用圆柱形钢壳将这层卷起，按尺寸分为18650、21700、48600等；方形电池也卷成卷，但再压扁一次，然后用方形金属壳盖住。具体做多少？必须根据客户的需求进行制造。方形可以更牢固地与其他结构安装在一起，但也有缺陷，因为有压扁过程，所以压力后，两端有点弯曲，电解质的分布不同于圆角，导电性不够均匀。软包装电池是铺三层薄膜，不卷，直接用一层铝膜密封，有点像熟食保温铝膜，但整个电池是扁平的。从能量密度来看，软包装电池是最高的，因为它的外壳是一层柔软的铝塑料薄膜，而另外两种，每个单个电池都有一个金属外壳，这占据了很大的重量。但也因为有金属外壳，所以内部保护很好，在碰撞中不容易损坏膜，造成短路。刀片式电池的电芯采用堆叠方式。在刀片电池中，三层薄膜不是先卷成方形，而是像软包电池一样平铺叠放。这种平铺叠放的优点是空间利用率高。如果是卷成卷，卷完之后边缘是弧形的，但是外壳是方形的，所以会有一些空间不用。但如果是一层层叠成矩形薄膜，当外壳是矩形的时候，浪费的空间会少很多。其次，可以有很多极耳。极耳是用来连接电线的，电池充放电的电流都是从这里来的。极耳多，电流进出时电阻小。比亚迪电池组集成技术如下图所示。蓝色是刀片电池。比亚迪的做法是直接将电池放入电池组中，用周围的铝梁承载。其优点是可以在有限的空间内放置更多的电池，从而提高整个包装的能量密度，弥补单个电池能量密度低的缺点。比亚迪海豹采用这种布局方式，其电池寿命可达700公里，优于许多三元锂电池，因为比亚迪最大限度地利用电池组空间，刀片电池空间利用率超过60%，质量利用率超过70%，这是提高整个能量密度的主要原因。CATL的麒麟电池本质上不同于BYD的刀片电池。麒麟电池是电池组PACK设计的创新，刀片电池是电池技术生产的创新，一个是PACK水平，另一个是电池水平。2022年6月23日，宁德时代发布了第三代CTP（cell to pack 电池直接集成到电池组技术中)-麒麟电池，系统集成度达到全球新高，体积利用率超过72%，能量密度可达255Wh/hkg，纯电动汽车可以实现1000公里的续航。传统的设计是将电池组成电池模块，将电池模块放入电池组中。这种电池模块模块化设计的优点是有利于组装和维护，但缺点也很明显。电池组中的部件太多，电池组的利用率有限，浪费了大量空间，整个包装的能量密度较低。电池组成电池模块，仅电池模块就有多个部件，端板、侧板、绝缘保护板，如果取消模块，直接将电池放入电池组，节省电池模块端板、侧板、绝缘保护板，节省成本，节省重量，也可以放置更多的电池，杀死许多鸟，多么快乐。麒麟电池就是这样设计的，让电池一个接一个地排列在一起，直到整个电池组布满。然而，三元锂电池的一个大问题是散热。无论是充电还是放电，三元锂电池都会产生巨大的热量。这些热量必须及时排出，否则电池的使用寿命会缩短。#纵论长续航汽车# #固态电池的优势#