鋰離子電池和金屬鋰離子電池的能量密度計(jì)算

1、鋰離子電池和金屬鋰離子電池的能量密度計(jì)算鋰離子電池和金屬鋰離子電池的能量密度計(jì)算吳嬌楊，劉品，胡勇勝，李泓（中國(guó)科學(xué)院物理研究所，北京，100190）摘要：摘要：鋰電池是理論能量密度最高的化學(xué)儲(chǔ)能體系，估算各類鋰電池電芯和單體能達(dá)到的能量密度，對(duì)于確定鋰電池的發(fā)展方向和研發(fā)目標(biāo)，具有積極的意義。本文根據(jù)主要正負(fù)極材料的比容量、電壓，同時(shí)考慮非活性物質(zhì)集流體、導(dǎo)電添加劑、粘結(jié)劑、隔膜、電解液、封裝材料占比，計(jì)算了不同材料體系組成的鋰離子電

2、池和采用金屬鋰負(fù)極、嵌入類化合物正極的金屬鋰離子電池電芯的預(yù)期能量密度，并計(jì)算了18650型小型圓柱電池單體的能量密度，為電池發(fā)展路線的選擇和能量密度所能達(dá)到的數(shù)值提供參考依據(jù)。同時(shí)指出，電池能量密度只是電池應(yīng)用考慮的一個(gè)重要指標(biāo)，面向?qū)嶋H應(yīng)用，需要兼顧其它技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：鋰離子電池；金屬鋰離子電池；能量密度；18650電池；電芯中圖分類號(hào)中圖分類號(hào)：OO646.21文獻(xiàn)標(biāo)志碼文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：Calcul

3、ationonenergydensitiesoflithiumionbatteriesmetalliclithiumionbatteriesWUJiaoyang，LiupinHUYongshengLIHong(InstituteofPhysicsChineseAcademyofScienceBeijing100190China)Abstract:Lithiumbatterieshavethehighesttheeticalenergyd

4、ensitiesamongallelectrochemicalenergystagedevices.Predictionoftheenergydensityofthedifferentlithiumionbatteries(LIB)metalliclithiumionbatteries(MLIB)isvaluablefunderstingthelimitationofthebatteriesdeterminethedirectionso

5、fRmetallithiumionbatteriesenergydensitycalculation18650cellbatteriesce?收稿日期：；修改稿日期：。基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年基金項(xiàng)目（51325206），國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）項(xiàng)目（2012CB932900）。第一作者：吳嬌楊（1988），女博士研究生，研究方向鋰離子電池電解質(zhì)Email：wujiaoyang8@；通訊聯(lián)系人：李泓，研究員，研究方向

6、為固體離子學(xué)與鋰電池材料，Email：hli@iphy.。以及鋰硫電池，鋰空氣電池等。祖晨曦等人對(duì)化學(xué)儲(chǔ)能的理論能量密度進(jìn)行了系統(tǒng)的計(jì)算[7]。目前鋰離子電池技術(shù)實(shí)際能量密度可以達(dá)到理論能量密度的62%（18650電芯），參考這一數(shù)值，可以初步估算各類電池實(shí)際能達(dá)到的能量密度。本文首先在考慮活性材料和非活性材料的基礎(chǔ)上，計(jì)算了不包括封裝材料和極耳的電芯的能量密度。然后計(jì)算了圓柱型18650電芯的能量密度。根據(jù)計(jì)算得到了預(yù)期能量密度，在此

7、基礎(chǔ)上進(jìn)一步核算了電池成本。圖11990年2025年鋰離子電池能量密度發(fā)展路線圖Fig.1Developmentoflithiumbatteriesenergydensityduringtheperiodof1990–20251不同負(fù)極材料的鋰離子電池電芯能量密度計(jì)算不同負(fù)極材料的鋰離子電池電芯能量密度計(jì)算正負(fù)極材料的選擇決定了電池能量密度。不少文獻(xiàn)中關(guān)于電池能量密度的計(jì)算，主要是基于單一的活性正極材料的質(zhì)量計(jì)算，有些文獻(xiàn)考慮了正負(fù)極材

8、料的活性材料質(zhì)量之和，這種計(jì)算忽略了非活性電池材料的質(zhì)量，報(bào)道的結(jié)果與實(shí)際可能達(dá)到的偏差較大，容易誤導(dǎo)讀者。近幾年考慮非活性物質(zhì)對(duì)電芯能量密度計(jì)算的工作已經(jīng)開展起來(lái)[89]。本文中，我們按照文獻(xiàn)[9]的計(jì)算方法，計(jì)算了目前已知的常見正、負(fù)極材料組成的鋰離子電池的能量密度，其容量和電壓分別參見表1，表2。從近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)看，正極材料的容量正不斷提升，為此我們給出了高中低三種容量的選擇，較低數(shù)值是目前的商業(yè)產(chǎn)品的水平。較高值是預(yù)計(jì)未來(lái)可能