La densité d'énergie fait référence à la quantité d'énergie stockée dans une certaine unité d'espace ou de masse de matière. La densité d'énergie d'une batterie est l'énergie électrique libérée par l'unité moyenne de volume ou de masse de la batterie. La densité d'énergie d'une batterie est généralement divisée en deux dimensions : la densité d'énergie gravimétrique et la densité d'énergie volumétrique.

Qu'est-ce que la densité énergétique ?
La densité d'énergie fait référence à la quantité d'énergie stockée dans une certaine unité d'espace ou de masse de matière. La densité d'énergie d'une batterie est l'énergie électrique libérée par l'unité moyenne de volume ou de masse de la batterie. La densité d'énergie d'une batterie est généralement divisée en deux dimensions : la densité d'énergie gravimétrique et la densité d'énergie volumétrique.

Densité d'énergie du poids de la batterie = capacité de la batterie × plate-forme de décharge/poids, l'unité de base est Wh/kg (watt-heure/kg)
Densité d'énergie volumétrique de la batterie = capacité de la batterie × plate-forme de décharge/volume, l'unité de base est Wh/L ( watt-heure/kg) heure/litre)
Plus la densité d'énergie d'une batterie est élevée, plus d'électricité peut être stockée par unité de volume ou de poids.

Qu'est-ce que la densité d'énergie des monomères ?
La densité d'énergie des batteries renvoie souvent à deux concepts différents, l'un est la densité d'énergie d'une seule cellule et l'autre est la densité d'énergie du système de batterie.

Une cellule est la plus petite unité d'un système de batterie. Les cellules M forment un module et les modules N forment un bloc-batterie, qui est la structure de base d'une batterie d'alimentation de véhicule.

La densité d'énergie d'une seule cellule, comme son nom l'indique, est la densité d'énergie au niveau d'une seule cellule.

Selon "Made in China 2025", le plan de développement des batteries de puissance est précisé : en 2020, la densité d'énergie des batteries atteindra 300Wh/kg ; en 2025, la densité énergétique des batteries atteindra 400Wh/kg ; en 2030, la densité d'énergie de la batterie atteindra 500Wh/kg. Il s'agit de la densité d'énergie au niveau d'une seule cellule.

Qu'est-ce que la densité d'énergie du système ?
La densité d'énergie du système fait référence au poids ou au volume de l'ensemble du système de batterie une fois la combinaison de monomères terminée. Étant donné que le système de batterie comprend le système de gestion de batterie, le système de gestion thermique, les circuits haute et basse tension, etc., qui occupent une partie du poids et de l'espace interne du système de batterie, la densité d'énergie du système de batterie est inférieure à la densité d'énergie du monomère.

Densité d'énergie du système = charge du système de batterie/poids du système de batterie OU volume du système de batterie
Qu'est-ce qui limite exactement la densité d'énergie des batteries au lithium ?
La chimie derrière la batterie est la principale raison.

D'une manière générale, les quatre parties d'une batterie au lithium sont très critiques : l'électrode positive, l'électrode négative, l'électrolyte et le diaphragme. Les électrodes positives et négatives sont le lieu des réactions chimiques, qui sont équivalentes aux deux veines de Ren et Du, et leur importance est évidente. Nous savons tous que la densité d'énergie du système de bloc-batterie avec du lithium ternaire comme électrode positive est supérieure à celle du système de bloc-batterie avec du phosphate de fer au lithium comme électrode positive. Pourquoi est-ce?

Les matériaux d'anode de batterie lithium-ion existants sont principalement du graphite, et la capacité théorique en grammes du graphite est de 372 mAh/g. La capacité en grammes théorique du matériau de cathode lithium phosphate de fer n'est que de 160 mAh/g, tandis que le matériau ternaire nickel-cobalt-manganèse (NCM) est d'environ 200 mAh/g.

Selon la théorie du baril, le niveau d'eau est déterminé par la partie la plus courte du baril et la limite inférieure de la densité d'énergie des batteries lithium-ion dépend du matériau de la cathode.

La plate-forme de tension du phosphate de fer au lithium est de 3,2 V et cet indicateur de ternaire est de 3,7 V. Par rapport aux deux, la densité d'énergie est élevée et la différence est de 16 %.

Bien sûr, en plus du système chimique, le niveau du processus de production, tel que la densité de compactage, l'épaisseur de la feuille, etc., affecte également la densité d'énergie. D'une manière générale, plus la densité de compactage est élevée, plus la capacité de la batterie dans un espace limité est élevée, de sorte que la densité de compactage du matériau principal est également considérée comme l'un des indicateurs de référence de la densité d'énergie de la batterie.

Dans le quatrième épisode de "Great Power II", le CATL a adopté une feuille de cuivre de 6 microns, utilisant une technologie de pointe pour améliorer la densité d'énergie.

Si vous pouvez vous en tenir à chaque ligne, lisez jusqu'à ce point. Félicitations, votre compréhension des batteries a atteint un nouveau niveau.

Comment améliorer la densité énergétique ?
L'adoption de nouveaux systèmes de matériaux, le réglage fin de la structure de la batterie au lithium et l'amélioration des capacités de fabrication sont les trois étapes permettant aux ingénieurs R&D de "danser avec grâce". Ci-dessous, nous expliquerons à partir des deux dimensions du célibataire et du système.
—— Densité d'énergie individuelle, reposant principalement sur des percées dans les systèmes chimiques

1. Augmenter la taille de la batterie

Les fabricants de batteries peuvent obtenir l'effet d'expansion de capacité en augmentant la taille de la batterie d'origine. L'exemple nous est le plus familier : Tesla, le célèbre constructeur de voitures électriques qui a pris l'initiative d'utiliser la batterie 18650 de Panasonic, la remplacera par une nouvelle batterie 21700.

Cependant, les cellules "graisses" ou "longues" ne sont qu'une solution temporaire, pas une cause profonde. La méthode de tirage des salaires du fond de la bouilloire consiste à trouver la technologie clé pour améliorer la densité d'énergie des matériaux d'électrode positive et négative et des composants d'électrolyte qui constituent l'unité de batterie.

2. Changements dans le système chimique

Comme mentionné précédemment, la densité d'énergie de la batterie est contrôlée par les électrodes positives et négatives de la batterie. Étant donné que la densité d'énergie du matériau d'électrode négative est bien supérieure à celle de l'électrode positive, il est nécessaire d'améliorer en continu le matériau d'électrode positive pour améliorer la densité d'énergie.

Cathode à haute teneur en nickel

Les matériaux ternaires désignent généralement la grande famille des oxydes de manganate de nickel cobalt lithium. Nous pouvons modifier les performances de la batterie en modifiant le rapport nickel, cobalt et manganèse.

Anode de carbone de silicium en figure

La capacité spécifique des matériaux d'anode à base de silicium peut atteindre 4200 mAh/g, ce qui est beaucoup plus élevé que la capacité spécifique théorique des anodes en graphite de 372 mAh/g, elle est donc devenue un puissant substitut aux anodes en graphite.

À l'heure actuelle, l'utilisation de matériaux composites silicium-carbone pour améliorer la densité d'énergie des batteries est devenue l'une des directions de développement des matériaux d'anode de batterie lithium-ion reconnues par l'industrie. Le modèle 3 publié par Tesla utilise une anode en silicium-carbone.

À l'avenir, si vous souhaitez aller plus loin et franchir la barrière des 350 Wh/kg pour les cellules individuelles, les pairs de l'industrie devront peut-être se concentrer sur les systèmes de batterie au lithium métal de type négatif, mais cela signifie également que l'ensemble du processus de fabrication de la batterie Change et raffinement. Il ressort de plusieurs matériaux ternaires typiques en Chine que la proportion de nickel augmente de plus en plus et que la proportion de cobalt diminue de plus en plus. Plus la teneur en nickel est élevée, plus la capacité spécifique de la cellule est élevée. De plus, en raison de la rareté des ressources en cobalt, l'augmentation de la proportion de nickel réduira la quantité de cobalt utilisée.

3. Densité énergétique du système : améliorez l'efficacité de groupe des batteries
Le regroupement des batteries teste la capacité des "lions de siège" de la batterie à organiser des cellules et des modules individuels. Il est nécessaire de prendre la sécurité comme prémisse et de maximiser l'utilisation de chaque pouce d'espace.

Il existe principalement les méthodes suivantes pour "alléger" la batterie.

Optimiser l'agencement
En termes de dimensions externes, l'agencement interne du système peut être optimisé pour rendre l'agencement des composants à l'intérieur du bloc-batterie plus compact et efficace.

Optimisation de la topologie
Nous réalisons la conception de réduction de poids par le calcul de simulation sur la prémisse d'assurer la rigidité et la fiabilité structurelle. Grâce à cette technologie, l'optimisation de la topologie et l'optimisation de la topographie peuvent être réalisées et finalement aider à obtenir des boîtiers de batterie légers.

Choix des matériaux
Nous pouvons choisir des matériaux à faible densité. Par exemple, le capot supérieur de la batterie a été progressivement transformé d'un capot supérieur traditionnel en tôle à un capot supérieur en matériau composite, ce qui peut réduire le poids d'environ 35 %. Pour le boîtier inférieur de la batterie, la solution traditionnelle en tôle s'est progressivement transformée en une solution de profilé en aluminium, réduisant le poids d'environ 40%, et l'effet de légèreté est évident.

Conception intégrée au véhicule

La conception intégrée de l'ensemble du véhicule et la conception de l'ensemble de la structure du véhicule sont prises en compte, et les pièces structurelles sont partagées autant que possible, comme la conception anti-collision, afin d'obtenir le poids plume ultime.

La batterie est un produit très complet. Si vous souhaitez améliorer les performances d'un aspect, vous risquez de sacrifier les performances d'autres aspects. C'est la base pour comprendre la conception et le développement des batteries. Les batteries de puissance sont dédiées aux véhicules, la densité d'énergie n'est donc pas la seule mesure de la qualité de la batterie.