薛媛媛　陳清晨

摘 要：近幾年新能源汽車(chē)快速發(fā)展受到了大眾的關(guān)注，新能源汽車(chē)的重要技術(shù)問(wèn)題一直是社會(huì)熱點(diǎn)討論的話(huà)題，而其中關(guān)于汽車(chē)的續(xù)航問(wèn)題涉及到汽車(chē)的電池技術(shù)。目前，市場(chǎng)中新能源汽車(chē)的電池分為了不同的類(lèi)型，不同類(lèi)型的電池都有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，如何選擇相應(yīng)的電池技術(shù)，如何推動(dòng)新能源汽車(chē)行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，需要了解這些常見(jiàn)電池的類(lèi)型以及特點(diǎn)，了解電池的發(fā)展現(xiàn)狀，了解電池未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，這樣才能從本質(zhì)上了解目前新能源汽車(chē)的綜合發(fā)展情況。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē) 電池類(lèi)型 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)

1 引言

電池作為新能源汽車(chē)的核心部件之一，是目前阻礙新能源汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的重要原因，也是汽車(chē)發(fā)展必然經(jīng)歷的重要階段。新能源汽車(chē)消費(fèi)者需要了解新能源電池的充電問(wèn)題，放電問(wèn)題，技術(shù)人員需要做好電池的技術(shù)研發(fā)工作，這樣才能進(jìn)一步推動(dòng)新能源汽車(chē)行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。從電池的性能、類(lèi)別、價(jià)格、充電等不同角度進(jìn)行電池的盤(pán)點(diǎn)整理和分析，這也是文章主要論述的關(guān)于新能源電池發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)的重要內(nèi)容。

2 新能源汽車(chē)電池的種類(lèi)分析

2.1 鉛酸電池

鉛酸電池雖然已經(jīng)很成熟了，但由于它的成本低廉，并且可以進(jìn)行高功率的放電，所以它仍然是目前國(guó)內(nèi)僅有的一種可以大規(guī)模量產(chǎn)的電池。北京奧運(yùn)期間，共有20臺(tái)電動(dòng)車(chē)為奧運(yùn)運(yùn)輸服務(wù)，其中包括鉛酸蓄電池。然而，由于鉛酸電池的能量、比功率、能量密度等因素，使得電動(dòng)車(chē)的速度和續(xù)航能力都不高。

2.2 鎳鎘電池和鎳氫電

鎳鎘電池和鎳氫電池盡管比鉛酸電池要好，但是它也含有大量的重金屬，一旦丟棄，就會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。鎳氫電池已經(jīng)步入成熟階段，是目前經(jīng)過(guò)驗(yàn)證并商業(yè)化的混合動(dòng)力電池系統(tǒng)，占到了99%的市場(chǎng)份額，豐田公司的普銳斯就是其中的代表。世界上最大的汽車(chē)動(dòng)力電池制造商是日本的PEVE和Sanyo，PEVE在世界范圍內(nèi)占有85%的Hybrid動(dòng)力車(chē)用鎳氫燃料電池，豐田公司的Prius，Alphard，Estima，本田公司的Civic，Insight等都是使用PEVE鎳氫動(dòng)力電池。在我國(guó)，長(zhǎng)安杰勛、奇瑞A5、一汽奔騰、通用君悅等品牌的轎車(chē)，都在試駕，雖然都是使用鎳氫電池，但大部分都是從國(guó)外進(jìn)口的，而國(guó)產(chǎn)的鎳氫電池，則還在研發(fā)中。

2.3 鋰離子電池

常規(guī)的鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等電池，其技術(shù)已相當(dāng)成熟，但用于汽車(chē)電池的使用卻是一個(gè)很大的問(wèn)題。在新能源汽車(chē)上，很多廠(chǎng)商都將其用作動(dòng)力電池。由于鋰離子電池具有較高的工作電壓（比氫-鎳電池高3倍）；比能量高（高達(dá)165WH/kg，為氫鎳電池的3倍），體積較小，重量較輕，使用壽命較長(zhǎng)，自放電率較低，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存和環(huán)境污染。當(dāng)前制約鋰離子電池發(fā)展的主要障礙是：安全性、電池管理體系等。在安全性能上，鋰離子電池能量密度高，工作溫度高，工作環(huán)境惡劣，使得電池的安全性越來(lái)越高。在車(chē)輛動(dòng)力電池的管理系統(tǒng)中，由于電動(dòng)汽車(chē)的工作電壓為12V或24V，而單一的動(dòng)力鋰離子電池為3.7V，所以需要多個(gè)電池串聯(lián)起來(lái)才能增加電壓，但是由于電池很難進(jìn)行均勻的充放電，所以會(huì)造成多個(gè)電池組的電池充放電不平衡，造成電池的充放電問(wèn)題，比如充電不足，放電過(guò)多等。

2.4 磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰也屬于鋰離子電池，它的能量比值只有鈷酸鋰的一半，但它具有很高的安全性，可重復(fù)使用2000次，放電穩(wěn)定，價(jià)格低廉，因此成為汽車(chē)動(dòng)力的新選擇。

2.5 燃料電池

燃料電池是一種利用燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的能源。燃料和空氣被分別送入燃料電池，從而產(chǎn)生電力。表面上看起來(lái)像是一個(gè)電池，但實(shí)際上，它并不是用來(lái)儲(chǔ)存電能的，而是用來(lái)發(fā)電的。燃料電池最有希望應(yīng)用到車(chē)輛上的是質(zhì)子交換膜燃料電池。其工作原理是：向負(fù)電極輸送氫氣，通過(guò)催化劑（鉑），使氫中的兩個(gè)電子被分離，由正電極吸引，由外部電路形成電流，而失去電子的氫（質(zhì)子）可以通過(guò)質(zhì)子交換膜（即固態(tài)電解質(zhì)），在正電極上再次與氧和電子結(jié)合成水。因?yàn)檠鯕馐菑目諝庵蝎@取的，所以只要持續(xù)向負(fù)極供給氫氣，并且及時(shí)地將水分（蒸氣）抽走，那么燃料電池就會(huì)持續(xù)地為其供電。由于燃料電池是通過(guò)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，在此過(guò)程中不需要通過(guò)燃燒過(guò)程，所以它不會(huì)受到卡諾周期的約束。當(dāng)前燃料電池的能源轉(zhuǎn)化效率為45%-60%，而核能和燃煤的30%-40%。

3 電動(dòng)車(chē)新能源電池發(fā)展現(xiàn)狀分析

目前，新能源電池的種類(lèi)越來(lái)越多，電池種類(lèi)也越來(lái)越多，電池應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的概率也比較高。在新能源汽車(chē)中，電池是必不可少的設(shè)備。而在混合動(dòng)力汽車(chē)中，常規(guī)的發(fā)電機(jī)和蓄電池都可以作為車(chē)輛的動(dòng)力，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，蓄電池是主要的動(dòng)力。在汽車(chē)低速行駛或者汽車(chē)啟動(dòng)的過(guò)程中，蓄電池是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)能的關(guān)鍵，在汽車(chē)重要的加速階段，蓄電池的作用下降到輔助形式，或者在汽車(chē)運(yùn)輸減速階段，蓄電池就需要持續(xù)的存儲(chǔ)能量。

3.1 型鎳氫電池

堿性電池是用鎳和堿溶液進(jìn)行點(diǎn)解而成，其中鎳氫電池是三種類(lèi)型的電池。這是因?yàn)樵谑褂眠^(guò)程中，鎳氫電池不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何的污染，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生更多的能源。而鎳鋅電池卻不能長(zhǎng)時(shí)間的使用，因?yàn)樗哪芰繒?huì)隨著時(shí)間的推移而消耗殆盡。目前，人們已采取了一些有效的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，比如利用充電器來(lái)恢復(fù)電能、在電解質(zhì)中添加緩蝕劑等。目前，我國(guó)電力工業(yè)使用的主要能源技術(shù)是鎳氫電池。鎳氫電池是一種由多種元素組成的合金，其中也包含了鎳、錳等元素。鎳氫電池和鉛酸電池相比，鎳氫電池的能量要比鉛酸電池高得多，而且在功率上也要高出許多。鎳氫電池技術(shù)的發(fā)明有：工作電壓、比能量、比功率、過(guò)充、放電、熱等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 鋰離子電池

該類(lèi)型的電池采用常規(guī)結(jié)構(gòu)，由石墨陽(yáng)極、金屬鋰離子、有機(jī)溶劑溶解溶液構(gòu)成。在日常生活中，我們最常用的就是碳作為陽(yáng)極，而電解質(zhì)則是碳酸乙烯和碳酸二甲酯。該方法的正極是以二氧化錳酸鋰為負(fù)極。這是由于這種鋰離子電池具有更輕的重量、更高的壓力和更多的存儲(chǔ)能量。

3.3 鉛酸電池

該電池采用單質(zhì)鉛作為負(fù)極，二氧化鉛陽(yáng)極，并在濃硫酸中進(jìn)行充放電。整個(gè)充電、放電全靠正極和負(fù)極電極與電解質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)。鉛酸電池是目前電動(dòng)車(chē)行業(yè)中最常用的一種，因?yàn)檫@種電池的技術(shù)比較早，技術(shù)比較成熟，而且這種電池的生產(chǎn)工藝比較先進(jìn)，成本也比較低，但最大的問(wèn)題是，它的污染很?chē)?yán)重，而且體積也很大，這就制約了這種電池的進(jìn)一步使用。

3.4 汽車(chē)電池發(fā)展現(xiàn)狀

新能源汽車(chē)的銷(xiāo)售也在不斷增長(zhǎng)，從2011年的0.35GW到2020年的63.6GW。在中國(guó)，寧德時(shí)代，比亞迪，LG化學(xué)，中航鋰電，國(guó)軒高科，松下，億緯鋰能，瑞浦能源，力神電池，孚能科技，都排在了前十位。寧德時(shí)代在2020年的全年裝機(jī)量達(dá)到31.79吉瓦小時(shí)，在全國(guó)范圍內(nèi)占據(jù)了50%的市場(chǎng)；比亞迪汽車(chē)全年裝機(jī)9.48吉瓦，在全國(guó)范圍內(nèi)占據(jù)了14.9%的份額。據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)電力車(chē)輛的動(dòng)力電池裝機(jī)中，三元鋰和磷酸鐵鋰占54%，占總裝機(jī)的40%。

磷酸鐵鋰電池最大的優(yōu)點(diǎn)就是它的內(nèi)部分子在750～800攝氏度的高溫下分解，從而大大減少了遇到碰撞、短路等惡劣環(huán)境時(shí)起火甚至爆炸的可能性。但其最大的缺陷在于其具有顯著的熱損耗，且在較低的溫度下，其充放電性能和電池本身的容量都會(huì)大大下降。而三元鋰電池，其能量密度高，可達(dá)280Wh/kg；但由于三元鋰電池的耐熱性較差，當(dāng)溫度超過(guò)200℃時(shí)，電池的內(nèi)部物質(zhì)就會(huì)迅速地解體，因此當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，三元鋰電池很容易造成二次損傷，如起火、爆炸。這兩種類(lèi)型的電池都有其固有的缺陷，從而使其在使用過(guò)程中出現(xiàn)了許多問(wèn)題。

3.5 電池能量密度小

能量密度小，續(xù)航時(shí)間短，成為了制約動(dòng)力電池甚至電動(dòng)車(chē)發(fā)展的最大障礙。據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)，2020年我國(guó)汽車(chē)動(dòng)力電池總裝機(jī)的能量密度將達(dá)到350Wh/kg，大大降低了12000Wh/kg的能耗。所以，必須提高電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程；從最初的30kWh的電池，到目前為止，已經(jīng)有100kWh的電動(dòng)汽車(chē)投放市場(chǎng)。比如吉利最新的純電動(dòng)車(chē)“極氪001”，以及蔚來(lái)蔚來(lái)ET7，它們的NEDC總里程都超過(guò)了700公里。

但是，當(dāng)電池容量增大時(shí)，不僅會(huì)使汽車(chē)的造價(jià)提高，也會(huì)使整車(chē)的重量增大，從而對(duì)汽車(chē)的性能產(chǎn)生不利的影響。就拿2021款比亞迪唐來(lái)說(shuō)吧，EV四驅(qū)高性能版本的總重量是2455公斤，而燃油版僅為1895公斤。

3.6 SOC參數(shù)的計(jì)算精度不高

“SOC”的全名為“State of Charge”，表示蓄電池的充電狀況，也稱(chēng)為“剩余電量”，表示蓄電池在放電后的剩余電量與其充分充電時(shí)的電量之比。由于電池在工作中的非線(xiàn)性特性，使得SOC的精確計(jì)算變得非常困難。盡管幾十年來(lái)，電動(dòng)車(chē)技術(shù)發(fā)展迅速，但是目前的各種電池SOC計(jì)算方法的準(zhǔn)確性還不能滿(mǎn)足汽車(chē)的需求。同時(shí)，由于車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的復(fù)雜性，使其剩余續(xù)駛里程的計(jì)算變得越來(lái)越不精確，這也是很多消費(fèi)者在使用電動(dòng)汽車(chē)時(shí)所擔(dān)心的問(wèn)題。

3.7 電池循環(huán)回收利用系統(tǒng)不健全

由于電池充電和放電次數(shù)增多，其損耗特性決定了其使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于汽車(chē)，因此，其報(bào)廢率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電動(dòng)車(chē)。當(dāng)前，我國(guó)的電池剩余價(jià)值評(píng)價(jià)體系和完善的回收機(jī)制，無(wú)論是在國(guó)家和企業(yè)層面，都沒(méi)有形成一套行之有效的評(píng)價(jià)機(jī)制。在今后幾百萬(wàn)個(gè)廢舊動(dòng)力電池中，從當(dāng)前的情況來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)徹底的無(wú)害化是很困難的。廢棄的動(dòng)力電池如果處理不好，不但會(huì)造成環(huán)境污染，還會(huì)造成資源的浪費(fèi)，這與我國(guó)發(fā)展電動(dòng)車(chē)的初衷背道而馳。

4 新能源汽車(chē)?yán)硐腚姵氐奶匦耘c展望

目前，鋰離子電池已經(jīng)成為了世界上最先進(jìn)的電池技術(shù)代表之一，它的性能也在不斷提高。一種理想的汽車(chē)動(dòng)力電池應(yīng)該具有：充電器功能齊全、充電周期短、體積小、重量輕、蓄能長(zhǎng)、使用壽命長(zhǎng)、電池性能穩(wěn)定、安全性好、維修簡(jiǎn)單、原材料充足、價(jià)格低廉。以上的預(yù)期并非是幻想，在技術(shù)層面上，這些都是可以實(shí)現(xiàn)的。

4.1 大批量的制造生產(chǎn)

隨著人們的生活水平和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高，對(duì)綠色交通的認(rèn)識(shí)和堅(jiān)持越來(lái)越多，汽車(chē)排放的污染越來(lái)越受到關(guān)注。新能源汽車(chē)市場(chǎng)前景廣闊，而新能源汽車(chē)的核心技術(shù)是動(dòng)力電池，它的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，再加上相應(yīng)的技術(shù)支撐，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷智能化，將智能制造技術(shù)運(yùn)用到電力電池生產(chǎn)企業(yè)，已成為電力行業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)。研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、試驗(yàn)流程的優(yōu)化，是改善生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵，并對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)流程與生產(chǎn)流程的關(guān)系，從而達(dá)到生產(chǎn)規(guī)模，降低人力物力成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 公司之間的合作選擇

在全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，國(guó)有企業(yè)與民營(yíng)企業(yè)的合作已成為必然，新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池也必須順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，與其進(jìn)行商業(yè)上的合作。在國(guó)家有關(guān)政策的指引下，汽車(chē)制造研發(fā)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外企業(yè)的溝通、加強(qiáng)溝通、優(yōu)化資源配置、交流經(jīng)驗(yàn)、分享資源、分享信息等，將會(huì)大大加快電池技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度、產(chǎn)品品質(zhì)、推動(dòng)新能源汽車(chē)的發(fā)展與進(jìn)步，同時(shí)還可以在充電設(shè)施、電池原材料、電池性能維護(hù)等領(lǐng)域進(jìn)行商業(yè)合作，也可以全面推進(jìn)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池應(yīng)用和發(fā)展。

4.3 電池技術(shù)開(kāi)發(fā)為重點(diǎn)

當(dāng)前，新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池正處于快速發(fā)展的階段，但是由于其存在的不足，對(duì)其產(chǎn)生了一定的沖擊與爭(zhēng)論。為了確保新能源汽車(chē)的平穩(wěn)、快速發(fā)展，汽車(chē)廠(chǎng)商應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電池技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，使電池在性能、儲(chǔ)能、適用性、安全性等方面得到有效的應(yīng)用。重視對(duì)新能源汽車(chē)的市場(chǎng)調(diào)查，掌握其使用、銷(xiāo)售、消費(fèi)的需要，力求在實(shí)現(xiàn)零排放、環(huán)保的基礎(chǔ)上，不斷地提升汽車(chē)的使用壽命，以滿(mǎn)足客戶(hù)的需要。

4.4 電池使用安全問(wèn)題

由于現(xiàn)如今人們的物質(zhì)水平逐漸提升，電車(chē)使用的成本本身比較低，安全問(wèn)題一直是電車(chē)使用者的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。在未來(lái)電車(chē)電池的技術(shù)研發(fā)和推廣過(guò)程中，安全是電車(chē)電池技術(shù)研發(fā)的基本前提。在這一點(diǎn)上，磷酸鐵鋰的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)。所以在此之前，我們看到了不少新能源汽車(chē)自燃，大部分都是三元鋰電池車(chē)，但卻沒(méi)有一個(gè)人受到傷害，因?yàn)樗恼龢O耐受溫度高達(dá)800攝氏度，著火的條件也比較苛刻，而且持續(xù)的時(shí)間也比較長(zhǎng)，所以司機(jī)有足夠的時(shí)間逃跑。

從化學(xué)性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，三元鋰電池的充電速度要快得多，因?yàn)槿囯姵氐某潆娝俣纫热囯姵乜斓枚?，但如果電壓太低，三元鋰電池的充電效率也?huì)下降。這也是為什么很多汽車(chē)廠(chǎng)商都選擇了磷酸鐵鋰作為燃料電池的原因，因?yàn)榱姿徼F鋰電池不僅可以滿(mǎn)足這些要求，還可以降低成本，而且還不是稀有的稀有金屬，不會(huì)被西方國(guó)家和其他國(guó)家的壟斷，而且還能滿(mǎn)足國(guó)家的能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，用不了多久，磷酸鐵鋰就會(huì)占據(jù)很大的優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)保護(hù)環(huán)境的大背景之下，我國(guó)的汽車(chē)行業(yè)迎來(lái)了新的變革和轉(zhuǎn)型。越來(lái)越多新能源汽車(chē)走入到大眾的生活中，也體現(xiàn)了全新的汽車(chē)發(fā)展模式，而新能源汽車(chē)的發(fā)展依賴(lài)于全新的電池技術(shù)研發(fā)和推廣，了解新能源電池的常見(jiàn)類(lèi)型以及電池使用中可能存在的問(wèn)題，進(jìn)一步了解新能源汽車(chē)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)，為人們的生活帶來(lái)全新的轉(zhuǎn)變。而這些有關(guān)于新能源汽車(chē)電池的相關(guān)內(nèi)容和信息，也值得新能源汽車(chē)從業(yè)者的重點(diǎn)關(guān)注和了解，這些都關(guān)乎到未來(lái)我國(guó)汽車(chē)科技社會(huì)的發(fā)展。

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