電動(dòng)汽車在中國、美國及歐盟國家的廣泛普及屢受牽制,電池技術(shù)的不成熟是原因之一。目前電動(dòng)汽車采用的電池主要為鋰離子電池，在成本、性能、穩(wěn)定性方面都有待提高。市面上所使用的主流鋰電池之一是以特斯拉電動(dòng)汽車為代表的鈷酸鋰電池，它普遍運(yùn)用于小型設(shè)備中，綜合性能突出，但成本高、安全性差，一度被認(rèn)為是特斯拉電動(dòng)車著火的原因。另一種是以比亞迪為代表的磷酸鐵鋰電池，它穩(wěn)定可靠，但能量密度低，被大量應(yīng)用在汽車、儲(chǔ)能電站上。除此之外，電池的壽命、體積、充放電和續(xù)航能力等也在制約電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

“鋰電池技術(shù)目前的確有一定的缺陷，但我認(rèn)為隨著科技的發(fā)展，在不久的將來都能解決這些問題。實(shí)際上，考慮到目前電池技術(shù)的成熟度，電動(dòng)汽車現(xiàn)有的故障率還是相當(dāng)樂觀的?！庇こ碳夹g(shù)學(xué)會(huì)（IET）會(huì)士PhilBlythe先生表示，“我相信市場正在拉動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展，人們早晚會(huì)研究出合適的解決方案。很多公司也在表示近期會(huì)有新的電池技術(shù)問世。我個(gè)人也認(rèn)為電動(dòng)汽車正在向大眾認(rèn)可的主流方向發(fā)展，更好、更輕、性能更高的電池將會(huì)是市場需求。消費(fèi)需求推動(dòng)著科技創(chuàng)新，而消費(fèi)也正是研發(fā)資金來源的保障，電池技術(shù)在筆記本電腦和手機(jī)領(lǐng)域的革命性突破就是一個(gè)很好的例證?！?br/>
“電動(dòng)汽車企業(yè)應(yīng)該讓電動(dòng)汽車技術(shù)走向街頭，給消費(fèi)者提供親身體驗(yàn)的機(jī)會(huì)。同時(shí)，企業(yè)需要與當(dāng)?shù)爻鞘泻偷缆饭茌牪块T緊密合作建設(shè)高效的充電設(shè)施。另外，企業(yè)有責(zé)任清楚地告知公眾，電動(dòng)汽車的優(yōu)勢不僅在于降低二氧化碳排放，而且可以減少污染，讓城市更清潔，進(jìn)而提高人們的健康水平?！盤hilBlythe先生補(bǔ)充說。

PhilBlythe先生是英國工程技術(shù)學(xué)會(huì)會(huì)士和特許工程師，英國皇家工程院電動(dòng)車輛指導(dǎo)委員會(huì)會(huì)員，智能交通系統(tǒng)英國電動(dòng)車輛工作小組主席，紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)土木工程與地理科學(xué)學(xué)院智能交通系統(tǒng)教授。他是智能交通領(lǐng)域的專家，研究領(lǐng)域主要集中在科技與政策的融合，包括道路使用管理，智能芯片系統(tǒng)，移動(dòng)信息提交系統(tǒng)等方面，在許多國際性的，歐洲和國家的機(jī)構(gòu)中占有一席之地。Phil先生近期在英國和歐洲引領(lǐng)了大量關(guān)于電動(dòng)車輛及其相關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的研究。

電動(dòng)汽車等待對的電池

如果你有幸造訪美國加州像拉霍亞(LaJolla)這些超級富豪云集的地區(qū),或者去到像芒廷維尤(MountainView)這些高科技公司扎堆的地方,就有機(jī)會(huì)領(lǐng)略未來。

確切地說,領(lǐng)略汽車業(yè)未來。特斯拉、日產(chǎn)聆風(fēng)和豐田普銳斯或類似的汽車,在路面上比比皆是。電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車與普通燃油汽車在車流中交相輝映；許多企業(yè)、購買中心和家庭也都安裝了充電樁。

如果電動(dòng)汽車廠商們果真如愿以償,這就是我們在某個(gè)時(shí)段都會(huì)置身于其中的未來;汽車廠商們正不惜投入巨資,讓這一幕成為現(xiàn)實(shí)。問題是,將小片地區(qū)的需求變成全國地區(qū)的需求有多容易?

在加州另一處,埃隆·馬斯克(ElonMusk)創(chuàng)辦的特斯拉汽車公司(TeslaMotors)最近提議計(jì)劃,在尚未披露的美國西南地區(qū)新建一家巨型電池工廠(具體廠址成了熱議話題)。這個(gè)所謂的“千兆工廠”預(yù)計(jì)造價(jià)高達(dá)50億美元,定于2020年生產(chǎn)的鋰離子電池可滿足50萬輛汽車的需求——年產(chǎn)量超過2013年全球年產(chǎn)量。

可是一些人士認(rèn)為,等到這家工廠破土開張,特斯拉的計(jì)劃到時(shí)似乎就過時(shí)了。IHSAutomotive是領(lǐng)先的全球汽車業(yè)務(wù)情報(bào)提供商,該公司的高級規(guī)劃主管菲爾·戈特認(rèn)為,特斯拉的宏偉計(jì)劃“恐怕考慮欠周”。原因是,正在研發(fā)的新技術(shù)有望提供更出色的替代技術(shù),解決專家們所說的電動(dòng)汽車面臨的最大阻礙因素之一。

電動(dòng)汽車面臨的這個(gè)問題就是,電池又大又重；因而,安裝上去的電池?cái)?shù)量很有限。比如說,特斯拉ModelS的鋰電池組平鋪在汽車地板上,大概長2米、寬1.2米。在頂級配置車型中,鋰電池組提供大約300英里(482公里)的行駛里程,之后就需要插入充電樁充電。日產(chǎn)聆風(fēng)充一次電可以跑80英里(128公里)左右。除此之外,充電過程比起只需加油要慢得多。

那么,如何才能生產(chǎn)出性能更好的電池?從最基本層面來說,電池含有正負(fù)極、隔板和電解質(zhì)。許多不同類型的材料可以用作電解質(zhì),不同的材料組合讓電池可以貯存不同數(shù)量的能量。不過,要是材料發(fā)生變化,電池續(xù)航時(shí)間和安全特征也隨之變化,所以總是少不了折中辦法。鋰離子電池大行其道,但發(fā)生過鋰電池在飛機(jī)上短路起火的事件,因而攜帶受嚴(yán)格限制。任何活性更強(qiáng)或不穩(wěn)定的電池都有安全隱患。不過,如果設(shè)計(jì)出最佳的材料組合,有望獲得巨大回報(bào)。

在最近研究工作之前的數(shù)十年中,電池技術(shù)已得到了一系列改進(jìn)。

最先問世的是鉛酸電池,這種電池今天仍然廣泛應(yīng)用于汽車,它們個(gè)頭龐大。接著出現(xiàn)了鎳鎘(NiCad)電池,這種可充電電池由此開啟了便攜式技術(shù)唱主角的新時(shí)代:筆記本電腦和手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備,還有我們小時(shí)候的遙控汽車。再后來出現(xiàn)了鎳氫(NiMH)電池,電池容量或能量密度大概翻了一番?，F(xiàn)在,現(xiàn)代化的設(shè)備和電動(dòng)汽車普遍使用鋰離子(Li-ion)電池。

展望未來,準(zhǔn)備迎接名字越來越復(fù)雜的電池技術(shù),比如鋰鎳錳鈷氧(LiNiMnCo)電池。這種材料的特性很復(fù)雜;眼下,研究人員致力于不僅搞清楚為何這些材料能工作,還要搞清楚如何工作——電子在材料中移動(dòng)的基本物理原理。

丹尼爾·亞伯拉罕(DanielAbraham)是美國阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)家,他說:“我們阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室在研究一些材料,它們有望將電池當(dāng)前的能量密度提高一倍。我們先夢想或設(shè)想想要處理的材料,然后努力在實(shí)驗(yàn)室合成材料?！?br/>
目前,備受矚目的幾種電池包括:鋰空氣電池(更確切地說是鋰氧氣電池)和鋰硫電池。若能做到可以在各種條件下正常工作,鋰氧氣電池的性能有望比目前的鋰離子電池大幅提升,提高整整一個(gè)數(shù)量級。亞伯拉罕說:“這是當(dāng)前一個(gè)非常熱門的研究領(lǐng)域?！?br/>
的確,大眾汽車公司最近暗示,它在研究鋰空氣電池。由于開發(fā)工作還沒有最終完成,大眾采用的具體的化學(xué)/材料組合還沒有透露。這家公司的工程師們甚至不愿表示這項(xiàng)技術(shù)已在汽車中進(jìn)行了測試,還是仍處在“實(shí)驗(yàn)臺(tái)”階段。

不過,雖然這項(xiàng)技術(shù)有望帶來變革,但想要生產(chǎn)出工作起來持續(xù)、可靠、安全的鋰空氣電池,還面臨一大堆技術(shù)挑戰(zhàn)。到目前為止,試驗(yàn)證明電極很不穩(wěn)定。

不過世界各地的實(shí)驗(yàn)室正在努力破解這個(gè)難題,試圖克服種種缺點(diǎn)。但愿更重視這些“超鋰離子”技術(shù),會(huì)確保研發(fā)過程加快,并從長遠(yuǎn)來看,確保汽車跑得更快、跑得更遠(yuǎn)。

電動(dòng)汽車強(qiáng)“心臟”：4種電池技術(shù)分析

電動(dòng)汽車的發(fā)展離不開電池的革新，在許多文章中都有提到過電動(dòng)汽車的電池的續(xù)航能力、充電不便等電動(dòng)汽車目前面臨的問題。在我們在抱怨的時(shí)候，電動(dòng)汽車的電池技術(shù)真的在止步不前嗎？其實(shí)不是這樣的，大廠商也在不斷地革新著電動(dòng)汽車的電池質(zhì)量和電容量的問題。目前市場上有這樣幾種電池：鉛酸蓄電池、磷酸鐵錳鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鈷酸鋰電池和三元聚合物鋰電池等，而且目前電動(dòng)汽車的續(xù)航能力也得到了改善，那么，現(xiàn)在的電池技術(shù)的具體情況如何呢？

鉛酸蓄電池是平日里最常見的電池，主要的優(yōu)點(diǎn)是電壓穩(wěn)定、價(jià)格便宜，但同時(shí)也存在著比能低、使用壽命短和日常維護(hù)頻繁等問題。在國內(nèi)，鉛酸蓄電池在國內(nèi)的低速電動(dòng)汽車上的應(yīng)用很是普遍，除了上面提到的優(yōu)點(diǎn)外，這種電池的價(jià)格也比其他的電池價(jià)格低。鉛酸蓄電池有2V、4V、6V、8V、12V和24V等系列，容量從200mAh到3000mAh。那么現(xiàn)在算一下鉛酸蓄電池的放電時(shí)長，這里有個(gè)公式，可以用來粗略的計(jì)算一下：額定容量×放電容量倍率×〔1＋溫度系數(shù)×（環(huán)境溫度－25）〕/放電電流=放電時(shí)長。鉛酸蓄電池雖然價(jià)格低廉，但是電池的續(xù)航能力比較低。所以，電動(dòng)汽車上的完全由這種電池來提供能源并不是太合適。

磷酸鐵錳鋰電池：比亞迪的電池技術(shù)

近日，比亞迪董事長王傳福表示，比亞迪最新研究的磷酸鐵錳鋰電池突破了傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰電池的能量密度限制，達(dá)到了三元材料水平，而在成本控制上比普通的磷酸鐵鋰更加優(yōu)秀，而且已經(jīng)應(yīng)用在了比亞迪電動(dòng)車上，續(xù)航能力得到了大幅度的提升。

在比亞迪秦這款電動(dòng)汽車上便應(yīng)用了該種電池，這款電池就是在磷酸鐵鋰路線下的改進(jìn)型，叫磷酸鐵錳鋰，就是在材料里面添加錳元素。這種電池的能量密度已經(jīng)達(dá)到了三元材料的密度。在續(xù)航能力上比現(xiàn)在的磷酸鐵鋰電池更加的持久，由于目前沒有得到確切的價(jià)格消息，所以暫時(shí)不予比較。

磷酸鐵鋰電池：電動(dòng)汽車電池的另一種選擇

磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子二次電池，主要用作動(dòng)力電池，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(shí)際使用壽命大約為3~5年，性能價(jià)格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。

下面再來說說它的缺點(diǎn)，磷酸鐵鋰電池的價(jià)格高于其他類型的電池，而且，電池容量較小，續(xù)行里程短，而且報(bào)廢后基本上不能回收再利用，沒有可回收價(jià)值。綜上所述，磷酸鋰鐵電池在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用，會(huì)使整體的成本提升，而且電池不可回收利用，這樣會(huì)造成資源的浪費(fèi)和消耗。

鈷酸鋰電池：TESLA的專屬電池

TESLA電動(dòng)車的電池采用了松下提供的NCA系列（鎳鈷鋁體系）18650鈷酸鋰電池，單顆電池容量為3100毫安時(shí)。TESLA采用了電池組的戰(zhàn)略，85kWh的MODELS的電池單元一共運(yùn)用了8142個(gè)18650鋰電池，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(gè)電池包，電池包位于車身底板。

鈷酸鋰電池具有結(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，主要用于中小型號電芯，標(biāo)稱電壓3.7V。TESLA把這樣的電池組合到一起，安全性就成了一個(gè)很需要關(guān)注的問題，TESLA的工程師在電池包內(nèi)的保險(xiǎn)裝置分布到每一節(jié)18650鈷酸鋰電池，每一節(jié)18650鈷酸鋰電池兩端均設(shè)有保險(xiǎn)絲，當(dāng)電池出現(xiàn)過熱或電流過大時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)切斷，以此避免因某個(gè)電池出現(xiàn)異常情況（過熱或電流過大）時(shí)影響到整個(gè)電池包。那么，就此來看，鈷酸鋰電池雖然本身存在著缺陷，但是在TESLA的工程師的包裝上安全性基本上可以忽略。顯然，這樣的解決方案還是很適合在純電動(dòng)汽車上發(fā)展。

鈷酸鋰電池組相對于其他的電池來說續(xù)航里程、電池總?cè)萘恳蚕鄬τ谄渌碾姵匾?，如果鈷酸鋰電池的安全性再提高一點(diǎn)，那么其在電動(dòng)汽車上的推廣便可以不僅在特斯拉上。電池技術(shù)目前仍在不斷地進(jìn)行著革新，目前三元鋰電池的時(shí)代在慢慢到來（磷酸鐵錳鋰電池便是三元鋰電池的一種），那么，電動(dòng)汽車的發(fā)展，在未來還會(huì)不會(huì)受電池的禁錮呢？在小編看來，電池不會(huì)再成為電動(dòng)汽車發(fā)展路途上的羈絆，最核心的問題正在慢慢的化解。