鋰離子電池和金屬鋰離子電池的能量密度計算

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

2、池和采用金屬鋰負極、嵌入類化合物正極的金屬鋰離子電池電芯的預期能量密度，并計算了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到的數(shù)值提供參考依據(jù)。同時指出，電池能量密度只是電池應用考慮的一個重要指標，面向實際應用，需要兼顧其它技術指標的實現(xiàn)。關鍵詞：關鍵詞：鋰離子電池；金屬鋰離子電池；能量密度；18650電池；電芯中圖分類號中圖分類號：OO646.21文獻標志碼文獻標志碼：A文章編號文章編號：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：?；痦椖浚簢易匀豢茖W基金杰出青年基金項目（51325206），國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973）項目（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。祖晨曦等人對化學儲能的理論能量密度進行了系統(tǒng)的計算[7]。目前鋰離子電池技術實際能量密度可以達到理論能量密度的62%（18650電芯），參考這一數(shù)值，可以初步估算各類電池實際能達到的能量密度。本文首先在考慮活性材料和非活性材料的基礎上，計算了不包括封裝材料和極耳的電芯的能量密度。然后計算了圓柱型18650電芯的能量密度。根據(jù)計算得到了預期能量密度，在此

7、基礎上進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不同負極材料的鋰離子電池電芯能量密度計算不同負極材料的鋰離子電池電芯能量密度計算正負極材料的選擇決定了電池能量密度。不少文獻中關于電池能量密度的計算，主要是基于單一的活性正極材料的質(zhì)量計算，有些文獻考慮了正負極材

8、料的活性材料質(zhì)量之和，這種計算忽略了非活性電池材料的質(zhì)量，報道的結果與實際可能達到的偏差較大，容易誤導讀者。近幾年考慮非活性物質(zhì)對電芯能量密度計算的工作已經(jīng)開展起來[89]。本文中，我們按照文獻[9]的計算方法，計算了目前已知的常見正、負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。從近年來的發(fā)展趨勢看，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。較高值是預計未來可能