盧欣欣　曹瑩　賈鵬飛　王金星

摘 要：隨著近幾年我國(guó)新能源汽車(chē)工業(yè)體系的不斷創(chuàng)新發(fā)展，動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和前景也越來(lái)越豐富。雖然當(dāng)前電池技術(shù)還不夠成熟，但隨著科研人員的不斷努力，在動(dòng)力電池領(lǐng)域已取得了很大的成就，推動(dòng)了我國(guó)新能源汽車(chē)的飛速發(fā)展。但動(dòng)力電池也存在較大的缺陷與隱患，因此本文針對(duì)電池的這些問(wèn)題進(jìn)行分析與研究，并提出合理的解決辦法，為我國(guó)在新能源汽車(chē)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車(chē)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē) 動(dòng)力電池 鋰電池

1 引言

新能源汽車(chē)動(dòng)力電池發(fā)展優(yōu)勢(shì)在于其能夠很好的貫徹響應(yīng)我國(guó)碳達(dá)峰與碳中和發(fā)展規(guī)劃政策，大大降低了有害物質(zhì)排放對(duì)環(huán)境造成的不利影響，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)清潔能源體系的全面健康協(xié)調(diào)發(fā)展。電池技術(shù)上的應(yīng)用也確實(shí)可以大大減少環(huán)境能量資源損失，由于電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池可以被回收利用，提高資源回收率，減少各種汽車(chē)廢棄物對(duì)周?chē)寥馈⑺Y源和對(duì)大氣環(huán)境帶來(lái)的污染。因此如何提出與解決現(xiàn)有動(dòng)力電池出現(xiàn)的問(wèn)題是當(dāng)前電池發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題所在，本文具體的研究思路框架如圖1所示。

2 新能源電池的分類

常見(jiàn)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池有如下兩類：蓄電池和燃料電池。蓄電池又稱二次電池，常見(jiàn)的有鉛酸電池、鎳基電池、二次金屬氧化物鋰電池類電池等。當(dāng)前隨著技術(shù)的額提升蓄電池的整體續(xù)航能力明顯增強(qiáng)，其為新能源汽車(chē)的發(fā)展提供了有效技術(shù)保障。

氫燃料電池是最常見(jiàn)的燃料電池，是將氫燃料與氧氣的化學(xué)能通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。隨著對(duì)新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航里程及環(huán)保的進(jìn)一步要求，電池的技術(shù)結(jié)構(gòu)水平得到了很大的提升，為我國(guó)碳達(dá)峰碳中和的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支撐。

（1）鉛酸電池

鉛酸電池電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛；充電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。由于鉛酸蓄電池技術(shù)可以快速為新能源汽車(chē)各種電子元器件和車(chē)載電子設(shè)備提供能量，因此鉛酸蓄電池在傳統(tǒng)汽車(chē)電子輔助設(shè)備上應(yīng)用也較為廣泛。鉛酸蓄電池的生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本價(jià)格相對(duì)國(guó)內(nèi)較國(guó)外低，在國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)蓄電池領(lǐng)域市場(chǎng)占有率都較高。雖然鉛酸蓄電池的電池生產(chǎn)成本也較蓄電池低，但因其連續(xù)工作放電性能相對(duì)而言也會(huì)較差，放電時(shí)能量利用效率較電池低。一旦連續(xù)使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或承受過(guò)多工作載荷，其性能效率將顯著性下降，導(dǎo)致其耐久性較差。

如何快速的提高鉛酸蓄電池材料產(chǎn)品的使用安全性能，已漸漸成為研發(fā)人員最重要的技術(shù)工作之一。在能夠滿足鉛酸電池充放電及工作指標(biāo)的技術(shù)前提下，可以迅有效地提高鉛酸蓄電池的使用壽命。選擇在化學(xué)活性原料配方中增加部分活性添加劑，提高了鉛酸電池釋放電池能量強(qiáng)度系數(shù)和電池剩余放電功率，顯著改善了鉛酸電池的綜合循環(huán)使用的性能。

（2）鎳氫電池

堿性電池鎳的陽(yáng)極放電主要原理是由堿性溶液陽(yáng)極與金屬鎳基電極發(fā)生陽(yáng)極電解反應(yīng)，然后開(kāi)始放電。鎳氫電池內(nèi)部含有著許多其他金屬成分，比如鎳酸和金屬錳，這也比一般鉛酸電池釋放的比能量還更高。鎳氫電池也具有一個(gè)較高范圍的額定工作電壓、比功率和比能量。其可以連續(xù)多次循環(huán)充放電過(guò)程，并具有相對(duì)較高范圍的熱性能。由于堿性MH-Ni鎳電池鎳在整個(gè)放電的過(guò)程中一般不會(huì)同時(shí)產(chǎn)生其他有毒及有害化學(xué)物質(zhì)，對(duì)電池環(huán)境并沒(méi)有明顯不良的影響，因此它可以作為動(dòng)力電池應(yīng)用于各類新能源汽車(chē)。然而，盡管堿性鎳鋅酸電池鎳不會(huì)產(chǎn)生有害腐蝕物質(zhì)，但鑒于其陽(yáng)極放電反應(yīng)時(shí)間卻相對(duì)的較短，因此還不能大面積用于各種電動(dòng)汽車(chē)。研發(fā)人員認(rèn)為可以考慮使用二次充電再生裝置來(lái)為鎳電池額外補(bǔ)充電池能量，或考慮在其電解液成分中重新添加金屬緩蝕劑，也因此可以顯著延長(zhǎng)鎳電池的再放電恢復(fù)時(shí)間和循環(huán)使用壽命。

（3）鋰離子電池

鋰離子電池的構(gòu)成主要由石墨陽(yáng)極、有機(jī)溶劑溶液和鋰離子金屬氧化物組成，其主要工作原理是鋰離子在正極與負(fù)極之間來(lái)回移動(dòng)完成工作。在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。鋰離子電池性能較前兩者綜合性能明顯增強(qiáng)，因此被廣泛應(yīng)用于新能源電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)。

（4）燃料電池

燃料電池實(shí)際是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，工作原理是將儲(chǔ)存的燃料與氧化劑經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能提供能量，其實(shí)際工作過(guò)程即為氧化還原反應(yīng)。燃料電池主要組成有四個(gè)部分，分別是陰極、陽(yáng)極、電解質(zhì)與外部電路。如氫燃料電池是氫氣與氧氣分別由燃料電池的陽(yáng)極與陰極通入，氫氣在陽(yáng)極釋放電子，電子由外電路運(yùn)動(dòng)到陰極并和氧氣結(jié)合形成離子。離子在電場(chǎng)作用下，通過(guò)電解質(zhì)運(yùn)動(dòng)到陽(yáng)極，與氫氣反應(yīng)形成回路產(chǎn)生電流。燃料電池是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)方向，未來(lái)應(yīng)用前景廣闊。

3 動(dòng)力電池存在的問(wèn)題

動(dòng)力電池行業(yè)目前存在很多技術(shù)及安全問(wèn)題，如電池容量不足、安全穩(wěn)定性不夠、技術(shù)人員素養(yǎng)不夠、電池污染性強(qiáng)等，這些問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了新能源汽車(chē)的發(fā)展，其直接或間接影響駕駛者的行駛安全和駕駛感受，現(xiàn)對(duì)以上問(wèn)題分析如下。

（1）電池容量不足

新能源汽車(chē)的續(xù)航時(shí)間短是當(dāng)前影響其發(fā)展與銷(xiāo)售的最重要的原因之一，多數(shù)車(chē)主因新能源汽車(chē)動(dòng)力電池長(zhǎng)途駕駛續(xù)航不夠以及無(wú)法及時(shí)充電等因素取消購(gòu)買(mǎi)新能源汽車(chē)，所以當(dāng)前急需解決動(dòng)力電池的續(xù)航問(wèn)題。隨著科技于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，多數(shù)車(chē)主喜歡進(jìn)行旅行，因此對(duì)新能源汽車(chē)提出了很高的續(xù)航要求；如果電池容量不足，車(chē)輛在夜間行駛的過(guò)程中可能會(huì)容易發(fā)生故障，影響車(chē)主出行，甚至能對(duì)車(chē)主往后的實(shí)際工作環(huán)境和社會(huì)生活水平產(chǎn)生一定地影響。

（2）電池安全性得不到保證

當(dāng)前新能源汽車(chē)電池技術(shù)研究中，最突出的問(wèn)題是動(dòng)力電池制造技術(shù)不夠成熟，存在一定的安全隱患。電池不安全性因素主要來(lái)自于電池材料本身，在日常使用中是否及時(shí)進(jìn)行散熱。在新能源汽車(chē)正常行駛的過(guò)程中，電池會(huì)持續(xù)升溫，好的散熱材料可以大大延緩對(duì)電池本身的氧化加熱固化過(guò)程，相應(yīng)的散熱裝置設(shè)計(jì)也都可以用來(lái)幫助電池加速散熱。動(dòng)力電池的使用安全性已無(wú)法長(zhǎng)期得到有效地保證，直接影響汽車(chē)的可靠性和保障駕駛員的生命與安全，這也是今后需要解決的一項(xiàng)重大問(wèn)題，也是影響電池技術(shù)長(zhǎng)遠(yuǎn)進(jìn)步的一大關(guān)鍵因素。

（3）技術(shù)人員專業(yè)素養(yǎng)不夠

企業(yè)當(dāng)前從事的主要電池技術(shù)項(xiàng)目研發(fā)中，電池材料研究人員自身綜合素質(zhì)與當(dāng)前動(dòng)力電池行業(yè)的實(shí)際發(fā)展需求情況相比還存在明顯的差異。技術(shù)人員中并不缺乏高學(xué)歷人才，理論技術(shù)知識(shí)扎實(shí)，但其在高等教育階段大多只能在教學(xué)實(shí)訓(xùn)或企業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)才能將部分理論知識(shí)進(jìn)行運(yùn)用，沒(méi)有途徑能夠?qū)⒗碚撝R(shí)較好的應(yīng)用于實(shí)際。造成了理論與實(shí)際嚴(yán)重脫軌的現(xiàn)象，從而影響了電池技術(shù)的研究進(jìn)展，阻礙了電池領(lǐng)域的生產(chǎn)進(jìn)步。

（4）電池環(huán)保性不夠

生態(tài)環(huán)境保護(hù)是現(xiàn)階段環(huán)保最基本的法律概念，也是基本發(fā)展國(guó)策原則之一。國(guó)家高度重視資源環(huán)境保護(hù)和改善各方面的環(huán)境保護(hù)。然而，由于廢舊電池自身的污染性，新能源汽車(chē)報(bào)廢后仍會(huì)持續(xù)對(duì)周邊環(huán)境水體造成放射性污染，而且很難被消除。

新能源汽車(chē)市場(chǎng)整體發(fā)展緩慢的原因之一是舊電池嚴(yán)重缺乏環(huán)保性，隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，很多家庭擁有新能源汽車(chē)，如果動(dòng)力電池本身的環(huán)保性不夠，就會(huì)產(chǎn)生大量的環(huán)境污染，不僅直接影響到國(guó)家的生存環(huán)境，還會(huì)對(duì)全球環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。因此，電池的環(huán)保性不足也是當(dāng)前新能源汽車(chē)電池技術(shù)待解決的一大問(wèn)題。

4 提升動(dòng)力電池綜合性能的策略

（1）擴(kuò)大電池容量

在新能源汽車(chē)電池技術(shù)改進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，電池容量的擴(kuò)大同樣是另外一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，電池容量的大小能直接的影響新能源汽車(chē)動(dòng)力電池的安全行駛里程。其次，可以考慮選擇表面厚度和回彈度較小一些表面材料，因?yàn)殡姵厥褂靡欢螘r(shí)間后會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的厚度回彈，這些會(huì)影響到鋰離子電池材料自身的有效使用和容量。因此，相關(guān)企業(yè)的鋰離子電池技術(shù)應(yīng)用研究的人員應(yīng)當(dāng)選擇有相對(duì)厚度的或反彈較小的鋰離子電池材料來(lái)進(jìn)行有效地幫助鋰離子電池更好的擴(kuò)大電池容量。

在我們選擇鋰電材料類型的過(guò)程中，多選擇含有大量高富鋰元素材料和鋰三元材料等組成的高強(qiáng)度可導(dǎo)電型鋰離子材料，這些高性能鋰材料可滿足當(dāng)前鋰離子電池材料良好的高強(qiáng)導(dǎo)電性，能夠保證未來(lái)擴(kuò)大鋰離子電池領(lǐng)域的電池容量。

（2）合理解決電池污染

第一，減少電池的廢棄量。具體來(lái)說(shuō)，從國(guó)家層面出臺(tái)相關(guān)政策，保證充電電池的占有比例，減少一次性電池的生產(chǎn)使用，這樣廢電池量就會(huì)減少很多。同時(shí)呼吁社會(huì)不要生產(chǎn)低檔、偽劣電池產(chǎn)品，這些產(chǎn)品不僅使用壽命短廢電池產(chǎn)生量大，而且汞含量難以控制，不僅做不到無(wú)汞化，連低汞化都做不到。

第二，采用電池電能梯級(jí)利用的方式減少?gòu)U電池的產(chǎn)生量。有一些用電量比較大的電器，里面的電池廢棄后還有一些殘存的電量，可以再把這些電池用到一些耗電量小的電器里，盡量將里面的電量用到極致。

第三，不要隨意丟棄廢電池，要將廢電池送到指定回收點(diǎn)或指定垃圾箱。電池是屬于比較嚴(yán)重的污染源，廢舊電池指定點(diǎn)進(jìn)行回收處理，既減少了對(duì)環(huán)境的污染，又可以對(duì)廢舊電池中的部分健康電芯進(jìn)行重復(fù)利用。

（3）提高電池檢測(cè)分析技術(shù)和技術(shù)團(tuán)隊(duì)素養(yǎng)

電池本身在正常使用過(guò)程中都可能會(huì)或多或少出現(xiàn)上述各種電池問(wèn)題，因此都需要經(jīng)過(guò)專門(mén)資質(zhì)的動(dòng)力電池測(cè)試維修人員系統(tǒng)進(jìn)行檢查和定期充電測(cè)試。如果這些測(cè)試維護(hù)人員具備的測(cè)試專業(yè)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，那么用戶在整個(gè)測(cè)試使用過(guò)程中會(huì)費(fèi)掉大量寶貴時(shí)間，或者完全無(wú)法準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)電池具體失效原因。為了更好地提高新能源汽車(chē)鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)，鋰離子電池技術(shù)測(cè)試部門(mén)人員同時(shí)還應(yīng)持續(xù)改進(jìn)鋰離子電池的檢測(cè)維護(hù)技術(shù)。

企業(yè)電池團(tuán)隊(duì)綜合水平直接影響該企業(yè)電池技術(shù)人才全面發(fā)展的進(jìn)程和技術(shù)水平的提高，進(jìn)而可能關(guān)系整個(gè)鋰電行業(yè)新能源汽車(chē)技術(shù)的全面發(fā)展。企業(yè)應(yīng)當(dāng)每年定期集中組織鋰電相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員集體外出學(xué)習(xí)與調(diào)研，必要時(shí)可以出國(guó)進(jìn)一步交流學(xué)習(xí)和深入學(xué)習(xí)，掌握先進(jìn)實(shí)用的太陽(yáng)能電池和相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)。

總之，企業(yè)管理部門(mén)應(yīng)該真正認(rèn)識(shí)到改進(jìn)汽車(chē)電池安全檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)，提高電池技術(shù)團(tuán)隊(duì)整體專業(yè)能力素養(yǎng)，是進(jìn)一步提高整車(chē)電池技術(shù)水平，促進(jìn)未來(lái)新能源汽車(chē)持續(xù)發(fā)展升級(jí)的一大關(guān)鍵。

（4）提高電池技術(shù)的安全性

新能源汽車(chē)電池技術(shù)普遍存在安全問(wèn)題，這也是最重要、最迫切解決研究的重大問(wèn)題，因?yàn)樗粌H將影響著汽車(chē)電池組的實(shí)際使用壽命，而且會(huì)對(duì)人們健康生命安全構(gòu)成極大威脅。目前大部分新能源汽車(chē)在動(dòng)力電池使用中，最常見(jiàn)的主要安全質(zhì)量問(wèn)題是汽車(chē)電池發(fā)熱導(dǎo)致燃燒引起產(chǎn)生的電弧起火，為此提出如下解決措施。第一，技術(shù)人員應(yīng)通過(guò)合理設(shè)計(jì)電池組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)選擇耐熱性較高的材料使用；第二，通過(guò)加強(qiáng)外部散熱和內(nèi)部冷卻能力，有效提高新能源汽車(chē)動(dòng)力電池在持續(xù)工作中的散熱效率；第三，可安裝一套功能獨(dú)立空調(diào)冷卻系統(tǒng)，以進(jìn)一步減緩駕駛過(guò)程中動(dòng)力電池的產(chǎn)熱過(guò)程，既延長(zhǎng)了鋰離子電池產(chǎn)品的使用壽命，又切實(shí)保證了駕駛員的駕駛感受與安全性。

5 總結(jié)

通過(guò)以上分析，掌握了電池常見(jiàn)的一些問(wèn)題，并針對(duì)此類問(wèn)題提出解決辦法，為電池的發(fā)展提供理論指導(dǎo)，進(jìn)而推動(dòng)新能源汽車(chē)的發(fā)展，減少對(duì)傳統(tǒng)燃油車(chē)的依賴，實(shí)現(xiàn)自主汽車(chē)品牌的崛起，快速?gòu)澋莱?chē)。同時(shí)新能源汽車(chē)能減少對(duì)大氣環(huán)境的污染，為我國(guó)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)作出貢獻(xiàn)。

基金項(xiàng)目：1.江蘇省高職院校青年教師企業(yè)實(shí)踐培訓(xùn)項(xiàng)目（編號(hào)：2022QYSJ016）；2.南通市基礎(chǔ)科學(xué)研究青年創(chuàng)新項(xiàng)目（JC12022090）；3.江蘇省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（202110958023Y）；4.南通市基礎(chǔ)科學(xué)研究面上項(xiàng)目（JC22022034）;5.南通市基礎(chǔ)科學(xué)研究面上項(xiàng)目（JCZ2022061）；6.江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目（GYKY/2021/7）；7.江蘇工院2021年高水平產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)項(xiàng)目；8.江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目（GYKY/2022/14）。

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