[电池基础]怎样的电池才是好电池？能量密度分析2024

[电池基础]怎样的电池才是好电池？能量密度分析2024

随着电池技术的不断发展，如何评估电池的性能成为了一个重要的话题。本文将从能量密度的角度，为您详细解析2024年市场上主流电池的性能参数，帮助您更好地理解电池技术的发展现状。

如今，任何想在市场上推出新电池的公司通常都会公布一些性能参数。这些参数通常包括：

• 电池化学成分
• 容量
• 温度范围
• 电压曲线
• 最大充放电电流
• 循环寿命
• 体积和重量

然而，通常很难评估电池的性能对比。虽然允许的温度范围仍然很容易概括，但其他参数就难得多了。50Ah的电池性能如何？这当然取决于电池的大小。因此，还有另外两个参数：

重量容量密度（Ah/kg）：这将容量和电池的重量关联起来。

体积容量密度（Ah/l）：这里将容量与电池体积关联起来。

有了这两个参数，就可以比较不同尺寸和规格的电池。更常见的情况是，容量乘以额定电压（LFP电池约为 3.2 V，NMC/NCA 电池约为 3.6 V），这样就可以明确以 Wh/kg 或 Wh/l 为单位的能量密度。

240 Wh/kg的锂电池有多好呢？

要回答这个问题并不容易，通过市场分析，将免费获得的电池数据表考虑在内，并根据电池类型指出可达到的能量密度。这个表格可以作为新电池的参考。研究结果如图 1 所示。

图 1：到 2024 年，优秀的 NMC、NCA 或 LFP 锂电池应达到怎样的容量/能量密度（体积和重量）？

下面是一些关于数据意义的说明：

互联网上的一些数据表是本次评估的基础，但已经非常过时。很大一部分电池数据表是五年前或五年以上的。如果有足够的其他数据，旧数据表将被忽略。因此，总而言之：现有数据存在系统性的负面偏差。电池的容量被系统性地低估了。数据分析中还包括制造商公开提供的路线图。在这些路线图中，制造商提供了他们希望在未来几年达到的能量密度预测。由于这些路线图通常只是意向性声明，而过去的情况往往表明，这些声明并没有得到实施，因此这里存在着强烈的积极倾向。宣布的能源密度往往定得过高。

在进行数据分析时，将两组数据合并、加权并确定平均值。这样得出的数值符合 2024 年的实际情况。结果就是图 1 中的表格。回到最初的问题：240Wh/kg的锂电池有多好？现在可以通过表格轻松回答这个问题。这种电池属于中等偏上水平。

钠离子电池和固态电池的性能如何？

既然市场上常见的电池材料LFP和NMC/NCA的预期性能参数已经确定：那么固态锂电池和钠离子电池等新技术又如何呢？

目前可用的数据很少，这意味着只能做出粗略估计。现有的数据也非常不完整、很多是制造商的预测或来自相对较小的制造商。

不过，这些数据还是值得分析的。它们可以作为新公告的基准，并显示未来几年市场将如何变化。图 2 显示了固态电池和钠离子电池的可用数据。

图2：钠离子电池和固态锂电池可达到的（体积和重量）容量/能量密度是多少？

如何用一张图概括 2024 年的电池行业？

电池行业通常使用Ragone图来说明性能参数。它将电池的重量能量密度与重量功率密度进行比较，便于评估电池是能量型电池还是功率型电池。这里对这种表示方法进行了修改，将重量能量密度与体积能量密度进行了比较（见图 3）。

图 3：常见化学电池的典型能量密度是多少？对于锂 LFP 和 NMC，图 1 中的数据被画成矩形。对于固态电池和钠离子电池，目前仅有少量测量数据，因此以点表示，仅供参考