Energiedichte (Energydensity) bezieht sich auf die Energiemenge, die in einer Einheit eines bestimmten Raumes oder einer bestimmten Masse gespeichert ist. Die Energiedichte einer Batterie ist die elektrische Energie, die durch die durchschnittliche Volumen- oder Masseeinheit des Batterie . Die Energiedichte einer Batterie wird im Allgemeinen in zwei Dimensionen unterteilt: die Gewichtsenergiedichte und die Volumenenergiedichte.

Batteriegewicht Energiedichte = Batteriekapazität × Entladeplattform/Gewicht, die Grundeinheit ist Wh/kg (Wattstunde/kg)

Batterievolumen Energiedichte = Batteriekapazität × Entladeplattform/Volumen, die Grundeinheit ist Wh/L (Wattstunde/Liter)

Je höher die Energiedichte der Batterie, desto mehr Strom wird pro Volumen- oder Gewichtseinheit gespeichert.

Wie groß ist die Energiedichte des Monomers?

Die Energiedichte einer Batterie weist oft auf zwei verschiedene Konzepte hin, zum einen die Energiedichte einer einzelnen Zelle und zum anderen die Energiedichte des Batteriesystems.

Die Batteriezelle ist die kleinste Einheit eines Batteriesystems. M Batterien bilden ein Modul und N Module bilden ein Batteriepaket. Dies ist der Grundaufbau einer Fahrzeugbatterie.

Die Energiedichte einer einzelnen Zelle ist, wie der Name schon sagt, die Energiedichte einer einzelnen Zellebene.

Laut „Made in China 2025“ ist der Entwicklungsplan für Power-Batterien definiert: Im Jahr 2020 wird die Batterie-Energiedichte 300Wh/kg erreichen; im Jahr 2025 wird die Energiedichte der Batterie 400 Wh/kg erreichen; im Jahr 2030 die Batterieenergie Dichte erreicht 500Wh/kg. Dies bezieht sich auf die Energiedichte einer einzelnen Zellebene.

Wie groß ist die Systemenergiedichte?

Die Systemenergiedichte bezieht sich auf das Gewicht oder Volumen des gesamten Batteriesystems im Vergleich zum Gewicht oder Volumen des gesamten Batteriesystems nach Abschluss der Monomerkombination. Da das Batteriesystem ein Batteriemanagementsystem, ein Wärmemanagementsystem, Hoch- und Niederspannungskreise usw. enthält, die einen Teil des Gewichts und des Innenraums des Batteriesystems einnehmen, ist die Energiedichte des Batteriesystems niedriger als die Energiedichte des Monomers .

Systemenergiedichte = Batteriesystemleistung / Batteriesystemgewicht ODER Batteriesystemvolumen

Was begrenzt die Energiedichte von Lithiumbatterien?

Die vier Teile einer Lithiumbatterie sind sehr kritisch: positive Elektrode, negative Elektrode, Elektrolyt und Diaphragma. Der positive und der negative Pol sind die Orte, an denen chemische Reaktionen stattfinden, die den beiden Adern Ren und Du entsprechen, und ihr wichtiger Status ist offensichtlich.

Wir alle wissen, dass die Energiedichte des Batteriepacksystems mit ternärem Lithium als positive Elektrode höher ist als die des Batteriepacksystems mit Lithiumeisenphosphat als positiver Elektrode. Warum ist das?

Die meisten der gegenwärtigen Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien sind Graphit, und die theoretische Grammkapazität von Graphit beträgt 372 mAh/g. Die theoretische Grammkapazität des Kathodenmaterials Lithium-Eisenphosphat beträgt nur 160 mAh/g, während das ternäre Material Nickel-Kobalt-Mangan (NCM) etwa 200 mAh/g beträgt.

Die Spannungsplattform von Lithiumeisenphosphat beträgt 3,2 V und der Ternärindex beträgt 3,7 V. Beim Vergleich der beiden Phasen ist die Energiedichte hoch und der Unterschied beträgt 16%.

Wie kann man die Energiedichte erhöhen?

Batteriegröße erhöhen

Batteriehersteller können den Effekt der Kapazitätserweiterung erzielen, indem sie die ursprüngliche Batteriegröße erhöhen. Das bekannteste Beispiel ist, dass Tesla, ein bekannter Elektroautohersteller, der als erster Panasonics 18650-Akku verwendet hat, diesen durch einen neuen 21700-Akku ersetzen wird.

Reform des chemischen Systems

Die Energiedichte der Batterie wird durch die positiven und negativen Elektroden der Batterie begrenzt. Da die Energiedichte des aktuellen negativen Elektrodenmaterials viel größer ist als die der positiven Elektrode, erfordert eine Erhöhung der Energiedichte eine kontinuierliche Verbesserung des positiven Elektrodenmaterials.

Hochnickelkathode

Ternäre Materialien beziehen sich im Allgemeinen auf die große Familie der Nickel-Kobalt-Manganoxid-Lithiumoxide. Wir können die Leistung der Batterie ändern, indem wir das Verhältnis der drei Elemente Nickel, Kobalt und Mangan ändern.

Der Nickelanteil wird immer höher, der Kobaltanteil immer geringer. Je höher der Nickelgehalt, desto höher die spezifische Kapazität der Batteriezelle. Darüber hinaus wird aufgrund der Knappheit der Kobaltressourcen eine Erhöhung des Nickelanteils die eingesetzte Kobaltmenge reduzieren.

Silizium-Kohlenstoff-Anode

Die spezifische Kapazität von Anodenmaterialien auf Siliziumbasis kann 4200 mAh/g erreichen, was viel höher ist als die theoretische spezifische Kapazität von Graphitanoden von 372 mAh/g, so dass sie zu einem leistungsstarken Ersatz für Graphitanoden geworden ist.

Systemenergiedichte: Verbesserung der Effizienz von Batteriepacks

Optimierte Layoutstruktur: Unter dem Aspekt der Abmessungen kann das interne Layout des Systems optimiert werden, um die internen Komponenten des Batteriepacks kompakter und effizienter zu machen.

Wir realisieren gewichtsreduzierende Konstruktionen unter der Prämisse, Steifigkeit und strukturelle Zuverlässigkeit durch Simulationsrechnungen sicherzustellen. Durch diese Technologie können Topologieoptimierung und Topographieoptimierung erreicht werden und letztendlich zu leichten Batterieschränken beitragen.

Materialauswahl: Wir können Materialien mit geringer Dichte wählen. So hat sich beispielsweise die Akkupack-Abdeckung nach und nach von der traditionellen Blechabdeckung zur Verbundmaterialabdeckung geändert, wodurch das Gewicht um etwa 35 % reduziert werden kann. Bei der unteren Box des Akkupacks wurde schrittweise von der traditionellen Blechlösung auf die Aluminiumprofillösung umgestellt, wodurch das Gewicht um etwa 40% reduziert wurde und der Leichtbaueffekt offensichtlich ist.

Integriertes Fahrzeugdesign: Das integrierte Design des Fahrzeugs und das Strukturdesign des Fahrzeugs werden umfassend betrachtet, wobei Strukturteile so weit wie möglich geteilt und geteilt werden, wie z. B. Antikollisionsdesign, um das ultimative Leichtgewicht zu erreichen

Der Akku ist ein sehr umfassendes Produkt. Wenn Sie einen Leistungsaspekt verbessern möchten, können Sie andere Leistungsaspekte opfern. Dies ist die Grundlage für das Verständnis von Batteriedesign und -entwicklung. Leistungsbatterien sind für Fahrzeuge bestimmt, daher ist die Energiedichte nicht das einzige Maß für die Batteriequalität.