鉅大LARGE | 點擊量：754次 | 2018年12月21日
電動汽車電池你了解多少？
在剛剛過去的2017年，蔚來、小鵬、車和家、威馬等多家新造車勢力紛紛推出了自家的首款量產(chǎn)車型或接近量產(chǎn)車的工程樣車，上汽、廣汽、比亞迪、北汽等傳統(tǒng)汽車廠商也不斷豐富著自己的新能源產(chǎn)品，新能源汽車領(lǐng)域可謂是風起云涌。
經(jīng)過這一年的醞釀，在加上將會在今年4月1日正式實施的雙積分政策助力，2018年的新能源汽車市場注定廝殺慘烈。
當然了，繁榮的景象掩蓋不了新能源汽車所面臨的階段性問題，最大的問題便是動力電池的續(xù)航以及充電問題，這也是目前制約新能源汽車銷售的主因。某種程度上講，我們談?wù)撔履茉雌?，本質(zhì)上就是在談?wù)撾姵?。新年伊始，我們就來全方位的聊一聊現(xiàn)階段的動力電池，種類有哪些？有什么優(yōu)缺點？電池安全如何來保障？各家車企如何來選擇？哪些電池供應(yīng)商讓人放心？你想知道的都會在這里。
一、我們該把電池擺在怎樣的高度？
同內(nèi)燃機在傳統(tǒng)能源汽車上的作用一樣，電池是新能源汽車的動力源，其重要意義不言而喻。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
在純電動汽車上，電池除了提供動力來源外，電空調(diào)、電制動、電轉(zhuǎn)向三小電系統(tǒng)等也全部由動力電池來供應(yīng)能源。
在成本方面，現(xiàn)階段，電池成本占比達到了整車的30%-40%，是三大電系統(tǒng)（電池、電控、電機）中占比最高的部分。作為對比，傳統(tǒng)能源汽車上的發(fā)動機大概占整車成本15%左右。綜合來看，電池是決定電動汽車續(xù)航、價格、駕乘品質(zhì)的關(guān)鍵所在，每一點都是影響消費者購買意愿的重要因素。
二、動力電池的種類以及優(yōu)缺點
不同電動車的續(xù)航、價格以及充電時間不同，其中很重要的一個原因就是車輛的動力電池種類不同。至于種類是如何劃分的，各自種類有什么特點，稍后再說，我們先來看看車輛動力電池的組成。
動力電池常被稱作是電池包，本質(zhì)上來說，電池包就是靠一個個單個的電池芯組成的。首先，一定數(shù)量的電池芯會被組合到一起形成電池模組，然后多個電池模組再被組合到一起形成電池包。這樣的組成形式有利于對電池進行統(tǒng)一管理與監(jiān)控，同時具有不錯的安全性。
電池芯、電池模塊與電池包三者之間的關(guān)系。
對動力電池有了大概的認識之后，我們再聊電池的種類就比較清楚了。說是電池種類，其實嚴謹一些應(yīng)該說是電芯的種類。前面講到電池包是由一個個電池芯組成的，電池芯的種類就決定了電池包的形態(tài)、續(xù)航能力、充放電效果等。
首先，按照結(jié)構(gòu)劃分，電池芯可以分為圓柱電池、方殼電池以及軟包電池。目前這三種結(jié)構(gòu)電池芯在新能源車型上都有應(yīng)用，比如特斯拉旗下車型都采用圓柱電池，日產(chǎn)Leaf（聆風）
則采用的是軟包電池。
圓柱電池、方殼電池與軟包電池典型形態(tài)。
圓柱電池應(yīng)該是我們最容易想象到的結(jié)構(gòu)，因為日常生活中我們最常接觸的電池形式就是這種圓柱形。同我們常見的5號、7號電池類似，車用圓柱電池也具有特定的規(guī)格型號，比如18650、21700型號等，其中前兩位數(shù)字表示圓柱電池的直徑，18即代表18mm。三四位表示圓柱電池的高度，最后一位“0”則表示電池為圓柱形態(tài)。
這種圓柱電池最早是由索尼（SONY）公司設(shè)立標準并制造的，如今這種電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了新能源汽車領(lǐng)域。
因為圓柱電池具有統(tǒng)一的規(guī)格，因此設(shè)計打包成模組非常方便，但是其能量密度因為規(guī)格限制會受到影響。
方殼電池通常指具有鋁制或鋼制外殼方形電池，這種電池沒有統(tǒng)一的規(guī)格限制，可以根據(jù)客戶要求進行定制，相對來說，這種電池能量密度較高，重量較輕，但是長時間使用后其邊角處電解液化學(xué)性能退化會比較明顯，影響電池性能。
軟包電池，顧名思義其電池外殼是由一層鋁塑膜包裝而成，因此設(shè)計較為靈活，可以隨意改變形狀、薄厚，打包成模組較為靈活方便。另外，這種電池重量輕、能量密度高、循環(huán)性好。安全方面也要比方殼電池和圓柱電池要高，是目前發(fā)展?jié)摿^大的一種電池結(jié)構(gòu)。
采用軟包電池的日產(chǎn)Leaf電池組，可以看到其電池模塊并不統(tǒng)一，擺放方向也不一致，電池包呈現(xiàn)出來的形態(tài)呈現(xiàn)不規(guī)則形。
上面是按照電池的形態(tài)劃分，如果按照電池材料劃分的話，電芯有磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元鋰等不同類型，這里的材料指的是電池的正極材料，負極材料目前主要以石墨為主，硅碳負極因為能夠極大拓展電池能量密度因此具有很高的關(guān)注度，是目前電池發(fā)展方向之一。
拿目前常見的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池對比，兩者屬于優(yōu)勢互補，一方面磷酸鐵鋰具有較高的安全性，但是其循環(huán)壽命以及能量密度都較差一些。另一方面，三元鋰電池具備較高的能量密度、循環(huán)壽命以及抗低溫衰減能力，但是其安全性相對要低一些，至今我國仍然規(guī)定三元鋰電池不能應(yīng)用在大巴等商用車上。
不過也不用擔心，無論是磷酸鐵鋰電池還是三元鋰電池，應(yīng)用之前都會經(jīng)過火燒、碰撞、穿刺等安全測試。通過合理的電池管理系統(tǒng)以及溫度控制系統(tǒng)，三元鋰電池的安全性還是可以得到保障的。
三、電池供應(yīng)商的崛起
要說新能源汽車發(fā)展最大的受益者是誰，那無疑是電池供應(yīng)商了。在此之前，這些電池供應(yīng)商的主要客戶是消費電子類廠商，相比汽車廠商而言，這些客戶的需求量只能算是九牛一毛。目前全球電池供應(yīng)商主要集中在中日韓美四國，其中松下、三星SDI、LG、AESC、比亞迪、寧德時代等電池供應(yīng)商年出貨量都呈現(xiàn)逐年遞增態(tài)勢。其中寧德時代等電池供應(yīng)商更是從名不見經(jīng)傳的“小廠”躋身行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。
華晨寶馬首款高端純電動車“之諾1E”的動力電池系統(tǒng)由寧德時代和寶馬共同開發(fā)，由寧德時代制造，與寶馬的合作讓寧德時代聲名鵲起，隨后大眾、北汽、上汽等汽車廠商紛紛尋求合作。
面對崛起的電池供應(yīng)商，大部分汽車廠商都抱以扶持和合作姿態(tài)，以謀求共贏。比如特斯拉和松下合作投資在美國建立Gigafactory超級電池工廠、上汽與寧德時代合作共建工廠、比亞迪與國軒高科合作共建工廠等，車企與電池廠商聯(lián)姻的例子舉不勝舉。
特斯拉位于內(nèi)達華州的Gigafactory工廠計劃產(chǎn)能是35GWh，這一數(shù)字相當于2013年全球電池產(chǎn)量總和，最大產(chǎn)能實現(xiàn)之后電池成本預(yù)計可以削減30%。
在合作浪潮中也有不少例外，比如日產(chǎn)便拋售了自己控股的AESC電池公司。日產(chǎn)表示隨著電動汽車的普及，電池行業(yè)將告別高利潤，格局可能面臨洗牌。而從整車企業(yè)角度來看，開放采購而不是把控一兩家電池供應(yīng)商，技術(shù)路線上風險更低，也有利于降低成本。
AESC為日產(chǎn)與日本電器NEC在2009年組建的合資公司，日產(chǎn)持有51%股份，而其余股份為NEC持有。2016年，AESC以1622MWh的出貨量，僅次于松下、比亞迪和LG化學(xué)，排名全球第四。
有人看得開就有人著急，歐盟在前段時間召開會議商討電池產(chǎn)業(yè)問題，在汽車行業(yè)一直強勢的歐洲廠商面對新能源發(fā)展似乎動作緩慢了些，在電池行業(yè)上更是被中日韓美拉開差距，為此歐盟鼓勵歐洲地區(qū)公司對電池產(chǎn)業(yè)進行投資，其中德國大眾集團以及奔馳、寶馬公司都有創(chuàng)立自己電池工廠的意圖，甚至已經(jīng)采取了相關(guān)部署。
去年法蘭克福車展期間，大眾公布大規(guī)模電動車發(fā)展計劃《RoadmapE》，其中非常重要的一條信息就是大眾將投資500億歐元來發(fā)展電動車電池產(chǎn)業(yè)。
四、電池回收問題
廢舊電池存在高污染性，這一點想必是人盡皆知，隨著新能源汽車的增多，將來廢舊電池回收問題不得不考慮。回想一下，自己家中的廢電池都是怎樣處理的，如果我沒有猜錯的話，百分八十是放在抽屜里當它不存在一樣吧。
目前三元鋰電池包循環(huán)壽命大概在2000次左右，磷酸鐵鋰電池包表現(xiàn)會相對差一些，但是按照正常使用的話使用年限也在10年左右，對于現(xiàn)階段來說電池回收可能不是大問題，但兩三年后就不得不“還債”了。對于追求利潤的車企來說，廢電池回收顯然是費力不得好，但不得不面對，現(xiàn)階段還沒有特別明確的規(guī)定或制度，將來政府、電池生產(chǎn)廠商、車企應(yīng)該會聯(lián)合起來應(yīng)對這一難題。
目前已有的處理方案是對老舊電池進行篩選，狀況較好的可能會被用作低耗能設(shè)備的儲能裝置，對于狀態(tài)較差的就要拆解回收了。
這是BOSCH公司關(guān)于電池回收問題的解決方案，把廢舊電池進行拆解重組，然后當做儲能系統(tǒng)用來平衡電網(wǎng)電壓。
五、未來電池發(fā)展
雖然說電動車的續(xù)航里程不只是由電池來決定的，但現(xiàn)階段電動汽車續(xù)航確實受到電池技術(shù)的制約，下面列出了目前比較具有發(fā)展?jié)摿Φ碾姵胤N類。
1、硅碳復(fù)合負極材料
硅碳復(fù)合材料作為未來負極材料的一種，其理論克容量石墨類負極高出了10倍有余，其產(chǎn)業(yè)化后，將大幅提升電池的容量。目前各大材料廠商紛紛在研發(fā)硅碳復(fù)合材料，如BTR、革鑫納米、杉杉、華為、三星等?，F(xiàn)在硅碳復(fù)合材料存在的主要問題有：充放電時，體積膨脹，吸液能力強；循環(huán)壽命差。目前正在通過硅粉納米化，硅碳包覆、摻雜等手段解決以上問題，且部分企業(yè)已經(jīng)取得了一定進展。
2、石墨烯
石墨烯自2010年獲得諾獎以來，廣受全球關(guān)注，特別在中國。國內(nèi)掀起了一股石墨烯研發(fā)熱潮，其具諸多優(yōu)良性能，如透光性好，導(dǎo)電性能優(yōu)異、導(dǎo)熱性較高，機械強度高。
鑒于石墨烯當前的批量生產(chǎn)工藝不成熟、價格高昂、性能不穩(wěn)定，石墨烯將率先作為正負極添加劑在鋰離子電池中使用。
3.固態(tài)電池
固態(tài)電池是用特殊的固態(tài)材質(zhì)代替液態(tài)的電解液，這樣一來，鋰電池自身的安全問題就徹底得到了根治。另外，固態(tài)電池相比同體積的鋰電池電池容量至少提升兩倍，在相同的續(xù)航里程下，固態(tài)電池體積可以做得更小、更輕。在充電速度方面，固態(tài)電池也具有明顯的優(yōu)勢。
編輯點評：電動化趨勢雖然非常明確，但是電動汽車普及難度還非常大，其中電池性能是非常關(guān)鍵的一點。低價格電動車續(xù)航里程短、駕乘體驗不佳，高價格電動車續(xù)航里程雖然提升，但是較高的身價也注定了其是少數(shù)人的選擇，對于推動新能源汽車普及意義不大。升級電池性能是新能源汽車普及的根本。
