Was ist Energiedichte?
Energiedichte bezieht sich auf die Energiemenge, die in einer bestimmten Raumeinheit oder Masse eines Stoffes gespeichert ist. Die Energiedichte einer Batterie ist die Strommenge, die von der durchschnittlichen Volumeneinheit oder Masse der Batterie abgegeben wird. Die Energiedichte einer Batterie wird im Allgemeinen in zwei Dimensionen unterteilt: Gewichtsenergiedichte und Volumenenergiedichte.
Batteriegewichtsenergiedichte = Batteriekapazität × Entladeplattform/Gewicht, die Grundeinheit ist Wh/kg (Wattstunden/kg)
Batterievolumenenergiedichte = Batteriekapazität × Entladeplattform/Volumen, die Grundeinheit ist Wh/L (Wattstunden/Liter)
Je höher die Energiedichte einer Batterie, desto mehr Leistung kann pro Volumeneinheit oder Gewicht gespeichert werden.
Was ist Monomer-Energiedichte?

Die Energiedichte einer Batterie bezieht sich oft auf zwei verschiedene Konzepte, eines ist die Energiedichte einer einzelnen Zelle, und das andere ist die Energiedichte eines Batteriesystems.
Eine Batteriezelle ist die kleinste Einheit eines Batteriesystems. M Zellen bilden ein Modul, und N Module bilden ein Batteriepack, das die Grundstruktur von Batterien für Kraftfahrzeuge ist.
Die Energiedichte einer einzelnen Zelle ist, wie der Name schon sagt, die Energiedichte auf der Ebene einer einzelnen Zelle.
Gemäß dem "Made in China 2025"-Entwicklungsplan für Batterien wurde Folgendes festgelegt: Im Jahr 2020 wird die Energiedichte von Batterien 300 Wh/kg erreichen; Im Jahr 2025 wird die Energiedichte der Batterie 400 Wh/kg erreichen; Im Jahr 2030 wird die Energiedichte von Batterien 500 Wh/kg erreichen. Dies bezieht sich auf die Energiedichte auf der Ebene einer einzelnen Zelle.

Was ist Systemenergiedichte?

Systemenergiedichte bezieht sich auf das Gewicht oder Volumen des gesamten Batteriesystems nach der Kombination von Monomeren mit dem Gewicht oder Volumen des gesamten Batteriesystems. Da das Batteriesystem das Batteriemanagementsystem, das Wärmemanagementsystem, Hoch- und Niederspannungskreise usw. enthält, die einen Teil des Gewichts und des Innenraums des Batteriesystems beanspruchen, ist die Energiedichte des Batteriesystems geringer als die des Einzelkörpers.
Systemenergiedichte = Batterieleistung des Systems / Batteriegewicht des Systems ODER Batterievolumen des Systems
Was genau begrenzt die Energiedichte von Lithiumbatterien?
Die Chemie hinter der Batterie ist der Hauptgrund.
Im Allgemeinen sind die vier Teile einer Lithiumbatterie sehr wichtig: die positive Elektrode, die negative Elektrode, der Elektrolyt und die Membran. Die positiven und negativen Elektroden sind die Orte, an denen die chemische Reaktion stattfindet, was dem zweiten Impuls von Ren Du entspricht, und seine wichtige Position ist erkennbar. Wir alle wissen, dass die Energiedichte eines Batteriepacks mit ternärem Lithium als Kathode höher ist als die eines Batteriepacks mit Lithiumeisenphosphat als Kathode. Warum ist das so?
Die vorhandenen Anodenmaterialien von Lithium-Ionen-Batterien sind hauptsächlich Graphit, und die theoretische Grammkapazität von Graphit beträgt 372 mAh/g. Die theoretische Grammkapazität von Lithiumeisenphosphat, dem Kathodenmaterial, beträgt nur 160 mAh/g, während das ternäre Material Nickel-Kobalt-Mangan (NCM) etwa 200 mAh/g beträgt.
Gemäß der Fass-Theorie wird der Wasserstand durch den kürzesten Punkt des Fasses bestimmt, und die Untergrenze der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien hängt vom Kathodenmaterial ab.
Die Spannungsplattform von Lithiumeisenphosphat beträgt 3,2 V, und der ternäre Index beträgt 3,7 V, verglichen mit den beiden Phasen ist die Energiedichte hoch: ein Unterschied von 16 %.
Neben dem chemischen System wirkt sich natürlich auch das Niveau des Herstellungsprozesses wie Verdichtungsdichte, Foliendicke usw. auf die Energiedichte aus. Im Allgemeinen gilt: Je größer die Verdichtungsdichte, desto höher die Kapazität der Batterie in einem begrenzten Raum, daher wird die Verdichtungsdichte des Hauptmaterials auch als einer der Referenzindikatoren der Energiedichte der Batterie angesehen.
In der vierten Folge von "Great Power Heavy Equipment II" verwendet CATL 6-Mikron-Kupferfolie, um die Energiedichte durch den Einsatz fortschrittlicher Technologie zu verbessern.
Wenn Sie sich an jede Zeile halten und sie bis zu diesem Punkt durchlesen können. Herzlichen Glückwunsch, Ihr Verständnis von Batterien hat das nächste Level erreicht.

Wie können wir die Energiedichte erhöhen?
Die Einführung neuer Materialsysteme, die Feinabstimmung der Lithiumbatteriestruktur und die Verbesserung der Fertigungskapazität sind die drei Phasen, in denen F&E-Ingenieure "mit langen Ärmeln tanzen". Im Folgenden werden wir dies anhand der beiden Dimensionen Monomer und System erläutern.
——Die Energiedichte von Monomeren hängt hauptsächlich vom Durchbruch des chemischen Systems ab
1. Erhöhen Sie die Größe der Batterie
Batteriehersteller können den Effekt der Leistungserweiterung erzielen, indem sie die Größe der ursprünglichen Batterie erhöhen. Das bekannteste Beispiel ist, dass Tesla, das bekannte Elektrofahrzeugunternehmen, das die Verwendung von Panasonic 18650-Batterien einführte, diese durch eine neue 21700-Batterie ersetzen wird.
Das "Verfetten" oder "Wachsen" der Batteriezelle ist jedoch nur ein Symptom, keine Heilung. Die Methode, Lohn vom Boden des Kessels zu ziehen, besteht darin, die Schlüsseltechnologie zur Verbesserung der Energiedichte aus den positiven und negativen Elektrodenmaterialien und Elektrolytkomponenten zu finden, aus denen die Batteriezelle besteht.
2. Reform des chemischen Systems
Wie bereits erwähnt, wird die Energiedichte einer Batterie durch die positiven und negativen Elektroden der Batterie begrenzt. Da die Energiedichte des aktuellen Anodenmaterials viel größer ist als die der Kathode, ist es notwendig, das Kathodenmaterial kontinuierlich zu verbessern, um die Energiedichte zu verbessern.

Hochnickel-Kathode
Ternäre Materialien beziehen sich im Allgemeinen auf die große Familie der Nickel-Kobalt-Mangan-Oxide, und wir können die Leistung von Batterien ändern, indem wir das Verhältnis von Nickel, Kobalt und Mangan ändern.
In der Abbildung Silizium-Kohlenstoff-Anode
Die spezifische Kapazität von Silizium-basierten Anodenmaterialien kann 4200 mAh/g erreichen, was viel höher ist als die theoretische spezifische Kapazität der Graphit-Anode von 372 mAh/g, so dass sie zu einem starken Ersatz für die Graphit-Anode geworden ist.
Gegenwärtig wird die Verwendung von Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen zur Verbesserung der Energiedichte von Batterien als eine der Entwicklungsrichtungen von Lithium-Ionen-Batterie-Anodenmaterialien in der Industrie anerkannt. Das Model 3 von Tesla verwendet eine Silizium-Kohlenstoff-Anode.
Wenn Sie in Zukunft noch einen Schritt weiter gehen möchten - die 350 Wh/kg-Schwelle für Einzelzellen durchbrechen möchten, müssen sich Branchenkollegen möglicherweise auf Lithiummetall-Anoden-Batteriesysteme konzentrieren, aber dies bedeutet auch die Änderung und Verbesserung des gesamten Batterieherstellungsprozesses. Es ist ersichtlich, dass der Anteil an Nickel immer höher wird und der Anteil an Kobalt immer geringer wird. Je höher der Nickelgehalt, desto höher die spezifische Kapazität der Zelle. Darüber hinaus wird durch die Knappheit der Kobaltressourcen die Verwendung von Kobalt reduziert.
3. Systemenergiedichte: Verbesserung der Gruppierungseffizienz des Batteriepacks
Die Gruppe der Batteriepacks testet die Fähigkeit der Batterie, "Belagerungslöwen" anzuordnen, die Einzelzellen und Module anzuordnen, und es ist notwendig, die Nutzung jedes Zentimeters Platz unter der Voraussetzung der Sicherheit zu maximieren.