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从物理层面考虑，锂电池最高可以做到多大能量密度？还有没有比锂电池能量密度更大的？

电池,锂电池,密度从物理层面考虑，锂电池最高可以做到多大能量密度？还有没有比锂电池能量密度更大的？

发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

问题补充： 能量密度单位：KW·h

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

我来换个思路聊聊电池能量密度的顶点

电动车市场能做多大，电动车能跑多远，核心在于能量密度。能量密度决定电动汽车的命运。

先看看汽油能量密度，44MJ/ Kg,折合32MJ/ L

1度电=3.6MJ/

所以汽油1升含有约9度电的样子。

汽油发电效率一般30%.1升汽油发3度电。或者说1公斤汽油发4度电

三元锂电池1公斤当前0.2度电的样子。

所以，按重量，20公斤电池=1公斤汽油，跑一样的路程。20倍的关系。

那么。50公斤(70升)汽油跑的里程800公里，需要1吨锂电池了。这就难以承受了。

一般乘用车也就用电池400-500公斤的样子，跑400-500公里。

那么三元锂电池能否提高能量密度呢？答案就是即使增加一倍，与汽油相比还是差距太大，

再说，能量密度想提高一倍，有没有可能性？看看分子量，三元锂电池的镍钴锰分子量200左右，降低分子量到100，那是不可能的。

回答于 2019-09-11 08:43:50

电池是储存电能的装置，我们当然希望同样的电池储存的电越多越好。电池技术的发展也是冲着这个目标去的，从最初的铅酸蓄电池，镍镉电池，到镍氢电池，直到今天的锂离子，锂聚合物等电池，电池的“能力”越来越强，“劲”越来越大。不过，对电池的要求，我们是从未放弃的。

电池“能力”的重要指标就是能量密度，它表示了单位体积或者单位质量所含能量的大小，它反映了电池储存电能的大小，提高能量密度就成了人们一直以来在研究和寻找突破的核心。


能量密度的极限在哪里？我们就得从锂电池的物理结构上来分析。

锂电池的四个主要结构是正极，负极，电解质和膈膜，正负极是通过电解质发生化学反应，锂离子从负极脱出，通过单向的隔膜跑到正极，嵌入正极，形成电流，这样电池就放出电了。抛开电解质和隔膜，正负极就是电池“发电”的根本所在，所以从正负极材料上下功夫就是提高能量密度的关键所在。


先看正极材料。锂电池的正极材料使用三元锂，何为三元锂？三元锂指的是镍钴锰酸锂氧化物，那么通过调整其中镍、钴、锰三种元素比例就能改变电池的性能。研究发现，镍的占比越高，钴的占比越低，意味着电芯的比容量就越高。比容量是电池单位重量的容量，比容量越高就意味着电池的能量密度越大。

再看负极材料，正极材料普遍为三元锂材料的前提下，负极材料就成为锂中最关键的环节。目前，锂电池负极材料主要包括碳材料、过渡金属的氧化物、合金材料、硅材料及其他含硅材料，含锂的过渡金属的氮化物以及钛酸锂材料。人们就是在这些负极材料中寻找最佳，以提升电池的性能。就当前的研究和开发进展程度看，使用硅碳复合材料来提升电池能量密度是公认的锂电池负极材料发展方向之一。


就目前国内市场上已经成熟的锂电池产品而言，最大能量密度可以达到200Wh/kg。《中国制造2025》里提出，到2020年，电池能量密度达到300Wh/kg；到2025年，电池能量密度达到400Wh/kg；到2030年，电池能量密度达到500Wh/kg。这些目标的实现都需要在正负极材料的研究上下功夫，随着科技水平的提高和研究的深入，相信将来的锂电池能量密度会逐渐提高，电动产品的应用也将越来越广。现阶段还没有出现成熟的比锂电池能量密度更大的电池。能获知的最新信息是美国在去年年底发布了一项新的研究成果：氟化物负极材料，并在研究基于三氟化镧核壳负极的电池。

回答于 2019-09-11 08:43:50

（1）特性：锂电池最大的优点就是能量比较高，具有高储存能量密度，已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的20-30%，镍氢的35-50%。

（2）原因：这是由于它的发电原理决定的，因为锂电池中的锂是质子数为3的原子，同样的质量下，锂电池的mol数量更多，产生的能量更强，所以能量密度更大。下面是锂电池的原理介绍。

（3）原理：“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2该反应为氧化还原反应，放电。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。

电池是讲用途的， 各有长短。锂电池虽好， 缺点也不少。缺点一， 低温性能不行。 镍镉电池就比它好缺点2， 循环寿命一般般， 500次～1000次。你别看镍镉电池很老很早的东西了， 那个东东， 高级的镍镉电池，循环寿命可达10000次。 别不信， 结合其好的低温性能， 太空卫星上用的就是这种电池，锂电池是万万不行的。缺点3， 安全性能。 不多说了， 没见过铅酸， 镍氢镍镉电池爆炸的， 就见手机锂电池笔记本锂电池噼里啪啦爆个不断。所以， 最好限定一个范围或者使用环境使用对象来说这个比较好。 没有万能的好电池。

回答于 2019-09-11 08:43:50

这个问题太宽泛，答案很难具有参考意义。短期内到2025年之前，硬壳电芯撑死350Wh/kg，采用811+Si，2030年前可以达到400-500Wh/kg，采用的是固态电池，再往上就是锂空气电池，传言可以达到700Wh/kg，但是还没有工业化的产品不好说。电池的产业化至少十年以上，所以说估计二三十年没基本就这水平了，远了变数太大。

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