鉅大LARGE | 點擊量：603次 | 2021年10月20日
這些年 我們一起追過的電動汽車電池
電池一直是電動汽車發(fā)展的心中痛。
在當(dāng)前基礎(chǔ)充電設(shè)施不成熟的情況下，電動汽車想獲得更多消費者的認(rèn)可，續(xù)駛里程無疑是重點考慮因素，而這很大程度上就取決于電池的性能。電池技術(shù)制約了電動汽車的發(fā)展，這是所有要發(fā)展電動汽車的公司共同面對的問題，汽車廠商及電池供應(yīng)商都在尋求技術(shù)上的突破。這些年，我們見證了一批又一批電池的興起和衰亡，有的早早夭折，有的還在實驗室掙扎，有的在市場中不斷更新?lián)Q代卻始終不盡人意，究竟電池技術(shù)什么時候能取得突破仍是未知數(shù)，也許3年，也許5年，也或許會更長。
目前，電動汽車電池目前重要包括磷酸鐵鋰離子電池、三元材料電池、鉛酸蓄電池、鈉硫電池等多種傳統(tǒng)電池，當(dāng)然還有代表未來科技的燃料動力鋰電池以及新型的液態(tài)電池等，它們因性能的不同導(dǎo)致優(yōu)缺點差異頗大。當(dāng)前的主流車型重要搭載磷酸鐵鋰離子電池和三元材料電池。磷酸鐵鋰密度較低，僅為每公斤120Wh左右，但其優(yōu)勢是熱穩(wěn)定性好，安全性高。三元材料能量密度可達(dá)150Wh~200Wh，續(xù)駛里程長，但其劣勢在于安全問題。業(yè)內(nèi)對三元材料和磷酸鐵鋰材料孰優(yōu)孰劣也一直存在分歧。
2014年十月三十日，國際戰(zhàn)略與投資集團公布通告稱，美國電動汽車制造商特斯拉的電動汽車年產(chǎn)量將達(dá)50萬輛，這將使其所使用三元材料(NCA鎳鈷鋁)電池成本下降約30%。去年特斯拉宣稱實現(xiàn)盈利，今年更是喜訊頻傳，這對眾多車企在電池選擇上出現(xiàn)了引領(lǐng)用途。今年上半年開始，我國車企紛紛將目光轉(zhuǎn)向三元材料。2014年，已有江淮、奇瑞、北汽、眾泰等一眾廠家都表示，將在最新車型中采用三元材料。
近日記者在對將推出的新電池技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)：全新材質(zhì)電池以及現(xiàn)有鋰離子電池的改進(jìn)，正成為電動汽車發(fā)展的趨勢，未來隨著新電池技術(shù)的推出，電動汽車?yán)m(xù)駛里程有望大大新增。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鉛酸電池：低速電動汽車的寵兒
鉛酸電池安全、廉價，經(jīng)過150幾年發(fā)展而不衰，對人類作了很大貢獻(xiàn)。鉛酸蓄電池是我們最為熟悉的電池之一，重要的優(yōu)點是電壓穩(wěn)定、價格便宜，但同時也存在著比能低、使用壽命短和日常維護頻繁等問題。
鉛酸電池在我國曾經(jīng)一度受到誤解。很多人認(rèn)為它古老落后、污染環(huán)境，因此在一段時間內(nèi)，鉛酸電池的技術(shù)發(fā)展得不到支持。最近三年，我國政府認(rèn)真整頓鉛酸電池行業(yè)，逐漸健全了法規(guī)，關(guān)閉了大批小公司，嚴(yán)格鉛酸電池的準(zhǔn)入條件;現(xiàn)有公司不斷治理污染，優(yōu)化工業(yè)衛(wèi)生，公司做到文明生產(chǎn)，鉛污染的情況在不斷改善中。鉛酸蓄電池有2V、4V、6V、8V、12V和24V等系列，容量從200mAh到3000mAh，雖然價格低廉，但是電池的續(xù)駛能力比較低。所以，漸漸被電動汽車所拋棄。不過，鉛酸蓄電池在國內(nèi)的低速電動汽車上的應(yīng)用仍然很普遍。
鎳鎘電池：經(jīng)濟耐用但有毒
鎳鎘電池可重復(fù)500次以上的充放電，非常經(jīng)濟;內(nèi)阻小，可供大電流的放電;因為采用完全密封式，因此不會有電解液漏出的現(xiàn)象，也完全不要補充電解液;長時間放置不會使性能劣化;可使用在很廣的溫度范圍內(nèi)。但是，在充放電過程中假如處理不當(dāng)，會出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”，使得服務(wù)壽命大大縮短。此外，鎘是有毒的，因而鎳鎘電池不利于生態(tài)環(huán)境的保護，使用遺棄后對環(huán)境會造成污染。
鎳氫電池：混合動力汽車的護法
鎳氫電池是由氫離子和金屬鎳合成，電量儲備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環(huán)境無污染。鎳氫電池的缺點是價格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰離子電池要差。鎳氫電池重要應(yīng)用在混合動力汽車(HEV)和消費類電器產(chǎn)品兩大領(lǐng)域，在HEV領(lǐng)域占據(jù)90%以上的應(yīng)用份額，商業(yè)化的代表是豐田的普銳斯。
磷酸鐵鋰離子電池：電動汽車電池的新貴
磷酸鐵鋰離子電池屬于鋰離子二次電池，重要用作動力鋰離子電池，而且它的放電效率較高，倍率放電情況下充放電效率可達(dá)到90%以上，而鉛酸電池大約為80%。在電池中，磷酸鐵鋰離子電池的安全性也高于其他的電池，理論壽命可以達(dá)到7~8年，實際使用壽命大約為3~5年，性能價格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。缺點是，磷酸鐵鋰離子電池的價格較高，而且，電池容量較小，續(xù)行里程短，而且報廢后基本上不能回收再利用，沒有可回收價值。綜上所述，磷酸鋰鐵電池在電動汽車上的應(yīng)用，會使整體的成本提升，而且電池不可回收利用，這樣會造成資源的浪費和消耗。
我國磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)近年來得到了快速發(fā)展，從提交的專利申請數(shù)量看，我國磷酸鐵鋰領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量排名全球第一，但是在全球磷酸鐵鋰的重要供應(yīng)商中，卻沒有看到我國公司的身影。也就是說，盡管我國在該領(lǐng)域提交的相關(guān)專利申請數(shù)量多，但質(zhì)量有待提高，真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的專利數(shù)量較少。
鈷酸鋰離子電池：特斯拉的VIP
鈷酸鋰離子電池具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、容量比高、綜合性能突出、但是其安全性差而且成本非常高，重要用于中小型號電芯，標(biāo)稱電壓3.7V。
特斯拉電動汽車的電池采用了松下供應(yīng)的NCA系列(鎳鈷鋁體系)18650鈷酸鋰離子電池，單顆電池容量為3100毫安時。特斯拉采用了電池組的戰(zhàn)略，85kWh的MODELS的電池單元一共運用了8142個18650鋰離子電池，工程師首先將這些電池以磚、片逐一平均分配最終組成一整個電池包，電池包位于車身底板。特斯拉的工程師在電池包內(nèi)的保險裝置分布到每一節(jié)18650鈷酸鋰離子電池，每一節(jié)18650鈷酸鋰離子電池兩端均設(shè)有保險絲，當(dāng)電池出現(xiàn)過熱或電流過大時，保險絲會切斷，以此防止因某個電池出現(xiàn)異常情況(過熱或電流過大)時影響到整個電池包。就此來看，鈷酸鋰離子電池雖然本身存在著缺陷，但是在特斯拉的工程師的包裝上安全性基本上可以忽略。顯然，這樣的解決方法還是很適合在純電動汽車上運用。
鈦酸鋰離子電池：受政策歧視而沒落
鈦酸鋰(LTO)并不是正極材料，而是傳統(tǒng)負(fù)極材料——石墨的替代品。鈦酸鋰用于電池開發(fā)始于上世紀(jì)90年代，相比石墨負(fù)極，鈦酸鋰具有循環(huán)壽命長、安全、可快速充電等多重優(yōu)點。電池在充、放電時，負(fù)極存在著鋰離子的嵌入與脫出過程。石墨材料的層狀結(jié)構(gòu)在鋰離子嵌入脫出時通常出現(xiàn)層間形變，并隨著嵌脫次數(shù)的新增而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)塌陷。而鈦酸鋰是一種零應(yīng)變材料，鋰離子在嵌入與脫出時晶格常數(shù)與體積變化都很小，具備極優(yōu)的循環(huán)性能。鈦酸鋰充電時間短、循環(huán)壽命長的特性在短途的電動公交上得以充分展現(xiàn)。但由于政策歧視，新一輪的補貼方法下發(fā)后，鈦酸鋰快充純電動客車定額補貼較之此前的補貼標(biāo)準(zhǔn)減少了35萬元，鈦酸鋰的純電動客車失去了市場競爭的優(yōu)勢，該技術(shù)也漸漸不被看好。
燃料動力鋰電池：清潔高效但成本高
燃料動力鋰電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料動力鋰電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。
因為燃料動力鋰電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料動力鋰電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%。缺點是燃料動力鋰電池造價偏高、碳?xì)淙剂蠠o法直接利用、氫氣儲存技術(shù)受限、氫燃料基礎(chǔ)建設(shè)不足等。最有望用于汽車的是質(zhì)子交換膜燃料動力鋰電池。
鈉硫電池：比能量不是一般的高
鈉硫電池，是一種以金屬鈉為負(fù)極、硫為正極、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。在一定的工作度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲存。鈉硫電池一個是比能量高，并且可大電流、高功率放電。但其工作溫度在300~350℃，所以，電池工作時要一定的加熱保溫。
液態(tài)電池：能量密度比特斯拉的鋰離子電池大5倍
液體電池由一將電化學(xué)活性電極浸泡在裝滿電解液的玻璃容器組成的電池。大多數(shù)電池，包括筆記本電腦和電視機遙控器上使用的電池，都使用固體材料如鋅或鈷鋰充當(dāng)陰極，石墨充當(dāng)陽極，液體鹽溶液充當(dāng)電解質(zhì)膜。而此液體電池則不同，其陰陽和膜都是液體的，且都是熾熱的熔化的像稀泥似的液體。液態(tài)電池能量密度高、穩(wěn)定耐用、充電速度更快、更加環(huán)保、可以維持超過14000次循環(huán)。缺點是成本高。
在今年日內(nèi)瓦車展上，由列支敦士登能源公司NanoFlowcellAG開發(fā)的Quant.e-Sportlimousine概念超跑亮相。新車具有2900牛˙米的峰值扭矩，百公里加速時間僅需2.8秒，一次充電能跑400至600公里。該車的最大亮點是它使用NanoFlowcell-AG公司開發(fā)的一種新型液態(tài)電解質(zhì)電池。這種電池采用鹽水作為存儲能量的介質(zhì)。鹽水會通過兩個水箱之間的隔膜形成電荷，電力被儲存和分配給超級電容器。它的能量密度比特斯拉的鋰離子電池大5倍，而且它更穩(wěn)定耐用，充電速度更快、同時也更加環(huán)保。
石墨烯電池：充滿一次手機電池大概只需5秒
石墨烯是一種由碳原子按照六邊形進(jìn)行排布并相互連接而成的碳分子，其結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，屬于新型材料，已知材料中最薄、最堅硬、導(dǎo)電性最好而且擁有強大靈活性的納米材料。由于它的電阻率低，電子遷移的速度極快，表面積大和電性能良好，被科學(xué)家認(rèn)為是鋰離子電池的理想電極材料。業(yè)內(nèi)專家介紹，石墨烯復(fù)合材料用作鋰離子電池負(fù)極材料可大幅提高負(fù)極材料的電容量和大倍率充放電性能。將石墨烯運用于鋰離子電池，充滿一次手機電池大概只要5秒鐘;給特斯拉純電動汽車充一次電，可能也只需幾分鐘。據(jù)了解，特斯拉新電池將采用石墨烯材質(zhì)，其具有高導(dǎo)電和良好的柔韌性，是柔性儲能器件的理想候選材料之一。
鋁空氣電池：最高續(xù)航里程可達(dá)1600公里
在新研發(fā)的電池技術(shù)中，鋁空氣電池正成為新的發(fā)展方向。近日以色列Phinergy公司表示：試驗用車的一個電池組重約100公斤，內(nèi)裝50塊電池板，僅一塊鋁空氣電池板就可以驅(qū)動車輛行駛約32公里，最高續(xù)航里程可達(dá)1600公里。該公司還表示，開發(fā)出的鋁-空氣電池的空氣陰極配備有專用的銀基催化劑，其采用了獨特的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以使氧氣順利通過，而可以將二氧化碳阻隔在外。通過該創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，Phinergy鋁-空氣電池的空氣陰極可以有效防止電極的碳化問題，其工作壽命也因此可以達(dá)到數(shù)千小時。（新能源汽車新聞）
