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電池戰(zhàn)爭早已打響,那么哪種電池表現(xiàn)最佳呢?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:845次  |  2018年08月05日  

伴隨著我國新能源汽車產(chǎn)銷的快速增長,直接帶動了動力電池的發(fā)展,不僅如此,目前我國的動力電池市場基本是以本土企業(yè)占主導(dǎo)。2017年,寧德時(shí)代憑借磷酸鐵鋰和三元鋰兩條路線持續(xù)推進(jìn),市場份額成功超越比亞迪,成為國內(nèi)動力電池第一供應(yīng)商。比亞迪也開始逐漸放棄磷酸鐵鋰電池,轉(zhuǎn)戰(zhàn)三元鋰電池,并且簽手長安,對外開放動力電池,共同布局新能源汽車。


不過對于新能源汽車來說,可供選擇的動力電池遠(yuǎn)不止這兩種,那么哪種電池表現(xiàn)最佳呢?下面筆者將市場上幾種動力電池做個(gè)介紹,看看大家都pick誰。


元老級的鉛酸蓄電池


鉛酸電池可以說是動力電池里當(dāng)之無愧的元老級人物,從1859年發(fā)明到現(xiàn)在,已經(jīng)經(jīng)歷了159年的歷史,而美國通用汽車生產(chǎn)的第一代使用鉛酸電池的電動汽車EV1距今也有22年的時(shí)間。


鉛酸蓄電池在過去50年能被廣泛應(yīng)用,除了擁有成熟的技術(shù)、可以大批量生產(chǎn)、生產(chǎn)成本低等原因外,可換性及價(jià)格便宜也占主導(dǎo)性因素。目前諸如長安汽車、北汽集團(tuán)、長城汽車、吉利汽車、上汽通用等絕大多數(shù)傳統(tǒng)燃油車,一般都是采用鉛酸電池作為車輛供電裝置。

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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%

不過因?yàn)殂U酸電池的比能量、比功率和能量密度都很低,所以目前鉛酸電池大多搭載在低速電動車上,比如家庭老人代步車、旅游觀光車、電動叉車或者一些短距離行駛的公交車上。


小眾寵愛的堿性電池


鎳氫電池相比于鉛酸電池,在能量體積、密度方面提高了3倍,在比功率方面提高了10倍,而且還擁有較好的過度充放電耐受性和熱性能。不過,鎳氫電池應(yīng)用也有一定的受限性,它存在低溫時(shí)容量減小和高溫時(shí)充電耐受性不佳的情況。此外,價(jià)格也是制約鎳氫電池發(fā)展的主要因素,原材料如金屬鎳非常昂貴。


據(jù)了解,1999年通用汽車研發(fā)的第2代電動汽車就是以鎳氫電池為動力源,但最終因競爭力不足退出市場。不過豐田利用鎳氫電池技術(shù)制造了將內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)相結(jié)合的第3代電動汽車,即混合動力車(HEV)。


目前市場上使用鎳氫電池的代表企業(yè)或車型就包括一汽豐田混動車型(八代凱美瑞)、長安福特混動車型、雷克薩斯RX400h以及第八代凱美瑞雙擎等。

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標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備

競爭正酣的鋰電池


盡管傳統(tǒng)的鉛酸電池和堿性電池技術(shù)已經(jīng)比較成熟,但因?yàn)楸旧淼木窒扌?,使得它們作為主要動力來源仍然存在著較大的問題。當(dāng)前許多知名的汽車制造商都致力于開發(fā)鋰電池作為新能源汽車的動力電池,國外車企如特斯拉、通用、福特等,國內(nèi)如比亞迪、吉利、奇瑞、長安等車企。


鋰電池應(yīng)用比較廣泛的就是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池兩種,它們可以說是引領(lǐng)了動力電池的兩個(gè)時(shí)代。


先來說說磷酸鐵鋰電池,雖然目前市面上大多數(shù)高續(xù)航新能源車使用的是三元鋰電池,但在新能源推廣發(fā)展的早期階段,磷酸鐵鋰電池卻是新能源汽車的主要動力來源,其中比較有代表性就是比亞迪車企。在去年大面積轉(zhuǎn)向三元鋰電池之前,絕大多數(shù)比亞迪車型都搭載了磷酸鐵鋰電池。


磷酸鐵鋰電池得到大范圍推廣的原因大概有這幾點(diǎn)。磷酸鐵鋰電池的使用壽命較長,一般情況下,它的循環(huán)壽命可以達(dá)到2000次以上。此外在所有鋰電池中,磷酸鐵鋰電池的熱穩(wěn)定性最佳,其電熱峰值可達(dá)350-500℃,當(dāng)溫度達(dá)到500℃左右時(shí),內(nèi)部化學(xué)成分才開始分解,這樣的特性也使得磷酸鐵鋰電池的安全性得到了保證。


磷酸鐵鋰電池得到廣泛推廣的原因還在于成本較低。眾所周知,電池成本在一輛純電動汽車的總成本中占比極大,降低電池成本是提升車輛性價(jià)比最有效的方式之一。對于磷酸鐵鋰電池來說,其不含鎳、鈷等貴重元素,原料為資源含量豐富的磷、鐵,所以成本相對容易控制。


不過既然它會逐漸被三元鋰電池取代,自然也就有自己的不足。其中最主要的一項(xiàng)就在于,磷酸鐵鋰的能量密度較低,相同續(xù)航里程下,采用磷酸鐵鋰電池的車輛自重更高,而過高的自重對于能耗的控制顯然是不利的。另外,我國的新能源政策也在逐年提高對于能量密度的要求,受限于材料本身的特性,磷酸鐵鋰電池的能量密度很難得到提高,這也是其被棄用的原因之一。


再來說說如今應(yīng)用最廣泛的三元鋰電池,這也是寧德時(shí)代可以制勝動力電池市場的關(guān)鍵。相比磷酸鐵鋰電池,三元鋰電池的綜合表現(xiàn)更為平均,能量密度較高,體積比能量也更高,并且隨著電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,三元鋰電池的價(jià)格也來到了一個(gè)廠家能夠接受的范圍。


三元鋰電池最大的優(yōu)勢在于電池能量密度高,其儲能密度通常在200Wh/kg以上,相對于磷酸鐵鋰的90-120Wh/kg來說,這樣的表現(xiàn)對于輕量化設(shè)計(jì)更加友好,也更適合現(xiàn)階段新能源乘用車市場對續(xù)航里程的需求。


不過三元鋰電池的缺點(diǎn)也同樣突出,其分解溫度在250-350℃左右,此時(shí)內(nèi)部化學(xué)成分開始分解,釋放氧分子,在高溫作用下電解液會迅速燃燒,增加電池發(fā)生自燃及爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。因此搭載三元鋰電池的車型對電池管理系統(tǒng)提出了極高的要求,在設(shè)計(jì)過程中需要做好過充保護(hù)、過放保護(hù)、過溫保護(hù)和過流保護(hù)等。


不過隨著技術(shù)的進(jìn)步,三元鋰電池的安全問題已經(jīng)得到改善,譬如江淮新能源擁有的液冷電池管控技術(shù),能夠確保電池包溫度在10-35度之間并且不受戶外溫度影響,極大保障電池活性和續(xù)航,避免低溫造成的續(xù)航下降以及高溫造成的快速衰減。


目前三元鋰電池由于其出色的綜合表現(xiàn),目前在市場上得到了大量應(yīng)用,各大主流新能源車企旗下車型都已經(jīng)全部搭載三元鋰電池,包括特斯拉、吉利帝豪EV、北汽EX和EU系列、江淮iEV系列等。


未來最被看好的燃料電池


盡管三元鋰電池是現(xiàn)階段發(fā)展新能源汽車最好的依靠,但從續(xù)航里程、充電時(shí)間、使用壽命和電池回收等方面依然擁有不小的局限性。作為具有更高能量密度的氫燃料電池,或許才是未來真正可以依賴的新能源技術(shù)。


氫燃料電池主要的成分是氫,所以使用氫燃料電池作為動力系統(tǒng),可以更加的便捷、實(shí)用和無污染,而鋰離子電池則含有很多重金屬,如果回收不當(dāng),就會對環(huán)境造成更大的污染。氫燃料電池儲能密度高,且重量輕,續(xù)航里程普遍更遠(yuǎn),通常會超過500公里。而目前大部分純電動汽車?yán)m(xù)航里程在300公里左右,少數(shù)車型可以達(dá)到400-500公里。另外加氫就像加油一樣,一般只需3~5分鐘,而電動汽車的充電則是一個(gè)緩慢的過程。


不過氫燃料電池技術(shù)難點(diǎn)就在于不能讓游離的電子通過的質(zhì)子交換膜,而這個(gè)也是在過去很長一段時(shí)間內(nèi)制約著燃料電池車型發(fā)展的重大短板。在過去,這個(gè)質(zhì)子交換膜的材料是鉑,鉑可以說是非常昂貴(做鉆戒的材料)。所以在很長一段時(shí)間內(nèi),整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)研究的問題就在于如何降低燃料電池的成本。


伴隨著2014年豐田Mirai的亮相,豐田也正式宣布突破了質(zhì)子交換膜的技術(shù)難點(diǎn)。豐田以一種竹炭材料取代了鉑作為質(zhì)子交換膜,使得燃料電池車的成本得到了大幅度的降低,這也是豐田Mirai能夠走向量產(chǎn)的重要保證。不僅如此,在2014年年末,豐田也正式開放了Mirai燃料電池車的技術(shù)專利,為這一技術(shù)的普及掃清了障礙。


阻礙氫燃料電池發(fā)展,除了技術(shù)上的難題外,就是配套設(shè)施成本上的問題。氫燃料充電站建設(shè)成本比純電動汽車充電站成本高很多,就目前純電動充電樁都沒辦法普及,更別提氫燃料充電站了。


寫在最后


從目前來看,純電動汽車通過電池技術(shù)的提升,在一定程度上解決了續(xù)航和充電時(shí)間的問題,寧德時(shí)代也正是利用三元鋰電池成為國內(nèi)動力電池第一供應(yīng)商。不過氫燃料電池汽車,因?yàn)樗芰扛?,排放更清潔,污染更少,無疑將會成為未來新能源汽車市場的主流動力選擇。目前除了豐田、通用等全球車企外,自主品牌長城也與寶馬簽訂協(xié)議假如氫燃料電池研發(fā)陣營,不過就解決氫燃料電池技術(shù)和充電站高成本建設(shè)等問題還是有些任重道遠(yuǎn)。

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鉅大核心技術(shù)能力