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)展電動汽車的企業(yè)共同面臨的問題，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，電動汽車電池目前主要包括磷酸鐵鋰電池、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)前的主流車型主要搭載磷酸鐵鋰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10月30日，國際戰(zhàn)略與投資集團發(fā)布公告稱，美國電動車制造商特斯拉的電動車年產(chǎn)量將達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產(chǎn)生了引領(lǐng)作用。今年上半年開始，中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。

近日筆者在對將推出的新電池技術(shù)進行統(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，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，電動車續(xù)駛里程有望大大增加。

鉛酸電池：低速電動車的寵兒

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。鉛酸蓄電池是我們最為熟悉的電池之一，主要的優(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。

鉛酸電池在中國曾經(jīng)一度受到誤解。很多人認為它古老落后、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)閉了大批小企業(yè)，嚴格鉛酸電池的準入條件；現(xiàn)有企業(yè)不斷治理污染，優(yōu)化工業(yè)衛(wèi)生，企業(yè)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，也完全不需要補充電解液；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，在充放電過程中如果處理不當(dāng)，會出現(xiàn)嚴重的“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，性能比鋰電池要差。鎳氫電池主要應(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。

磷酸鐵鋰電池：電動汽車電池的新貴

磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子二次電池，主要用作動力電池，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主要供應(yīng)商中，卻沒有看到中國企業(yè)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。

鈷酸鋰電池：特斯拉的VIP

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，標稱電壓3.7V。

特斯拉電動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。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鈷酸鋰電池，每一節(jié)18650鈷酸鋰電池兩端均設(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，以此避免因某個電池出現(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，這樣的解決方案還是很適合在純電動汽車上運用。

鈦酸鋰電池：受政策歧視而沒落

鈦酸鋰(LTO)并不是正極材料，而是傳統(tǒng)負極材料——石墨的替代品。鈦酸鋰用于電池開發(fā)始于上世紀90年代，相比石墨負極，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產(chǎn)生層間形變，并隨著嵌脫次數(shù)的增加而導(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，新一輪的補貼方案下發(fā)后，鈦酸鋰快充純電動客車定額補貼較之此前的補貼標準減少了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。

燃料電池：清潔高效但成本高

燃料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燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和電解質(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%。缺點是燃料電池造價偏高、碳氫燃料無法直接利用、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，電池工作時需要一定的加熱保溫。

液態(tài)電池：能量密度比特斯拉的鋰電池大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?！っ椎姆逯蹬ぞ?，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極材料可大幅提高負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需要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避免電極的碳化問題，其工作壽命也因此可以達到數(shù)千小時。