详解动力电池的能量密度

一、什么是能量密度？

动力电池的能量密度从不同维度看可分为重量能量密度和体积能量密度，即单位质量或体积内总释放的电能，是衡量电池容量的一个重要指标，即电池在单位重量体积中所能存储的电能。

重量能量密度=电池容量×放电重量，基本单位是Wh/kg (瓦时/千克)

电池体积能量密度=电池容量×放电体积，基本单位是Wh/L (瓦时/升)

电池的能量密度与单位重量、体积成正比，行业将动力电池能量密度指向两种概念，分别是单体能量密度与系统能量密度。

二、单体能量密度

1.什么是单体能量密度？

电池系统的*小单元是电芯，汽车动力电池的基础结构是：电池模组由多个电芯组成、而电池包又由多个模组组成。单体能量密度便是指单个电芯的能量密度。

“在《中国制造2025》行业资讯中：动力电池的发展规划到2020年，电池能量密度实现300Wh/kg；2025年，电池能量密度实现400Wh/kg；2030年，电池能量密度实现500Wh/kg。”这中间提到的电池能量密度就是指单个电芯的能量密度。

2.影响单体能量密度的因素

单体电芯性能差异主要表现在材料（如正极、负极等）、工艺（如制造精度等）及结构（如极耳直径大小）等方面。

制造工艺影响：当使用软包电池时，由于其具有更高的比容量和更好的内部结构，可以在一定程度上提高单体电芯能量密度。然而，由于其高电压、高电流密度特点，必然会对制造工艺提出更高要求。

设计参数影响：对于不同类型的电池系统来说，其设计参数也不尽相同。例如：在方形电池系统中，当其内部结构不变时，通过改变电池包的高度、宽度和厚度等参数来提高单体电芯能量密度。

外部因素影响：外部因素主要包括温度、湿度、压力等。由于软包电池内部结构相对复杂且难以精确把握，因此当环境温度、湿度等外部因素发生变化时，可能会导致单体电芯性能发生变化。

三、系统能量密度

1.什么是系统能量密度？

单体组合而成的整个电池系统的电量比整个电池系统的重量或体积就是系统能量密度。由于电池系统内部的高低压回路、电池管理系统、热管理系统等也会占据电池系统的体积与重量，因此动力电池的单体能量密度比系统能量密度高。

2.影响系统能量密度的因素

电芯数量：目前主流的电芯数量已经达到100个左右，甚至更多，增加电芯数量可以提高每千克电池所包含的系统能量密度。

采用更高电压的电芯和使用更高电压的正极材料可以提高系统能量密度:目前主流的高电压正极材料主要有磷酸铁锂、三元锂等；在目前的技术水平下，三元锂比磷酸铁锂和磷酸铁锂具有更高的能量密度。