你了解石墨烯電池、鉛酸電池、鋰電池，誰(shuí)會(huì)成為新國(guó)標(biāo)電動(dòng)車(chē)的選擇？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-01 11:44
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提起電動(dòng)車(chē)電池，大家耳熟能詳?shù)臒o(wú)外乎這三種電池，鉛酸電池、鋰電池以及近幾年比較火的石墨烯電池。那么，你認(rèn)為當(dāng)新國(guó)標(biāo)正式實(shí)施后，未來(lái)電動(dòng)車(chē)會(huì)選擇哪種電池？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，我們先來(lái)看看每種電池的特點(diǎn)。
鉛酸電池主要由管式正極板、負(fù)極板、電解液、隔板、電池槽、電池蓋、極柱、注液蓋等組成。其電極是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸的水溶液。主要優(yōu)點(diǎn)是電壓穩(wěn)定、價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是比能低、使用壽命相對(duì)較短和需要經(jīng)常維護(hù)。不可否認(rèn)，以目前市場(chǎng)來(lái)看，鉛酸電池占據(jù)著主導(dǎo)地位。
一般來(lái)說(shuō)，鋰離子電池主要包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液四個(gè)組成部分。正極材料一般都是一些富鋰的層狀化合物，目前常見(jiàn)的商用正極材料主要有鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）以及三元材料（LiMnxCo1-x-yNiyO2）等。與鉛酸電池相比，鋰電池相對(duì)輕巧，攜帶方便，能量密度更高，而壽命相對(duì)要長(zhǎng)很多，但是價(jià)格更貴，穩(wěn)定性差。
所謂的石墨烯電池，可以理解為我們平時(shí)說(shuō)的黑金電池，其是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，開(kāi)發(fā)出的一種新能源電池。作為目前最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料。同時(shí)，石墨烯聚合材料電池的重量?jī)H為傳統(tǒng)電池50%，成本將比鋰電池低77%。從性能來(lái)看，全石墨烯鋰電池充電一次，耗時(shí)也不超過(guò)10分鐘。（一般行業(yè)都是直接將電極摻雜的石墨烯的石墨基儲(chǔ)能材料直接統(tǒng)稱為石墨烯電池，并非全石墨烯）
從特點(diǎn)來(lái)看，石墨烯電池的綜合性能是最好的，但是為什么沒(méi)有成為主導(dǎo)呢？石墨烯在電池上的應(yīng)用，主要是和硅結(jié)合在電池負(fù)極里面代替原來(lái)的石墨，這樣可以提升電池的整體容量和充電速度，但性能提升效果有限。另一方面雖然目前，很多企業(yè)都推出過(guò)黑金電池，但是大多在這一領(lǐng)域處于探索的階段，而其價(jià)格又相對(duì)較高，所以這也是其得不到重大應(yīng)用的原因之一。另外，石墨烯污染較為嚴(yán)重，墨烯生產(chǎn)需要用到大量的硫酸，處理也很麻煩。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，第一，價(jià)格；第二，技術(shù)；第三，處理麻煩。
我們?cè)倏葱聡?guó)標(biāo)的出臺(tái)，其對(duì)電動(dòng)自行車(chē)速度、重量等都有明確的規(guī)定，這意味著大型鉛酸電池將逐漸失去市場(chǎng)，而小型鉛酸電池短時(shí)間內(nèi)會(huì)迎來(lái)一定的發(fā)展。但隨著環(huán)保整頓的推進(jìn)，鉛酸電池還會(huì)出現(xiàn)向鋰電池過(guò)渡的情況，而鋰電車(chē)必然會(huì)迎來(lái)一波爆發(fā)期。又有人會(huì)說(shuō)了，石墨烯電池呢？雖然石墨烯電池?fù)碛泻芏嚆U酸電池和鋰電池沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，但是，其想成為主導(dǎo)，其技術(shù)必須得到突破性的發(fā)展。因此，我個(gè)人更看好小型鉛酸電池和鋰電池在未來(lái)新國(guó)標(biāo)電動(dòng)車(chē)上的應(yīng)用。
汽車(chē)電動(dòng)化的速度在近幾年內(nèi)發(fā)展的飛快！回想起十幾年前，電動(dòng)車(chē)當(dāng)時(shí)候還只是天馬行空的想法，而到了現(xiàn)在，全球汽車(chē)市場(chǎng)上已經(jīng)有幾十款不同的混合動(dòng)力『Hybrid』、插電混合動(dòng)力『Plug-in Hybrid』以及電動(dòng)車(chē)能夠讓消費(fèi)者選擇購(gòu)買(mǎi)。
就連法拉利、保時(shí)捷、邁凱倫以及柯尼塞格這些高端品牌的旗艦車(chē)型都已經(jīng)是混合動(dòng)力，再加上特斯拉推出性能強(qiáng)大的電動(dòng)車(chē)型之下，曾幾何時(shí)，電動(dòng)車(chē)型已經(jīng)不再是以環(huán)保為目的，也開(kāi)始和性能、速度掛鉤。
汽車(chē)電動(dòng)化的關(guān)鍵，在于電池科技的進(jìn)步。在近十年間，由于越來(lái)越多汽車(chē)制造商和相關(guān)領(lǐng)域的車(chē)廠加入資金研發(fā)，電池的效能、重量、體積等各方面都有了大幅改善。但是，電池的種類(lèi)多樣，究竟哪一種形式的電池才是最適合汽車(chē)使用呢？
今天小編就來(lái)介紹目前汽車(chē)市場(chǎng)最常見(jiàn)的車(chē)輛電池種類(lèi)，并且比較這些電池的優(yōu)缺點(diǎn)?。。?/div>
鋰電池 Lithium-ion（Li-ion）Batteries
不只是汽車(chē)領(lǐng)域，目前多數(shù)商用電子產(chǎn)品當(dāng)中普遍使用了鋰電池，而在過(guò)去十多年以來(lái)，鋰電子也因?yàn)閺V泛的使用，在效能上不斷進(jìn)化。因此，除了現(xiàn)在多數(shù)的混合動(dòng)力和電動(dòng)車(chē)都使用鋰電池之外，包括了智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品都是使用鋰電池。
不過(guò)，『鋰』只是一種通稱，在這種形式的電池之下還分憂很多種類(lèi)。以消費(fèi)電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，最常使用的是鋰鈷氧化電池『LiCoO2』，是鋰電池當(dāng)中能量密度最高的一種。但是這種電池有著『熱失控（thermal runaway）』的缺點(diǎn)，也就是在過(guò)度充電或者溫度較高的環(huán)境之下，如果沒(méi)有正確使用即很容易發(fā)生過(guò)熱甚至爆炸起火的狀況，這也是鋰鈷氧化電池縱使有著最高的能量密度，也鮮有使用在汽車(chē)領(lǐng)域當(dāng)中。
多數(shù)電動(dòng)工具、醫(yī)療工具以及車(chē)用電動(dòng)系統(tǒng)所使用的鋰電池多半為磷酸鋰鐵電池『LiFePO4』、錳酸鋰電池『LMO』、鎳鈷錳三元電池『NMC』等，雖然這幾種電池的能量密度低于鋰鈷氧化電池，但是使用壽命以及安全性都更加優(yōu)異，因此相當(dāng)適合在電動(dòng)化汽車(chē)領(lǐng)域當(dāng)中，其中以鎳鈷錳三元電池最為廣泛應(yīng)用在混動(dòng)動(dòng)力和電動(dòng)車(chē)上，目前Formula E電動(dòng)方程式賽車(chē)所使用的電池也是基于鎳鈷錳三元電池（NMC）制造而成。
『全新 Formula E電動(dòng)方程式賽車(chē)』
為什么鋰電池是目前電動(dòng)化汽車(chē)電池的大客戶？基本上，鋰電池有著優(yōu)異的『能量重量比』、『充電速度快』以及『幾乎沒(méi)有記憶效應(yīng)』這三大優(yōu)勢(shì)。
較高的能量密度意味著電池重量較輕，這對(duì)于追求輕量化、高性能以及講究續(xù)航力的汽車(chē)來(lái)說(shuō)相當(dāng)合適。充電速度快當(dāng)然也是電動(dòng)車(chē)使用與否的關(guān)鍵之一，但是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境當(dāng)中鋰電池的充電速度只是稍微比其他形式的電池快而已，絕對(duì)不是天與地的分別。至于電池記憶效應(yīng)則是幾乎不會(huì)發(fā)生在鋰電池上，因此鋰電池的電力容量并不容易隨著使用次數(shù)增加而大幅減少。
『現(xiàn)在高端啟動(dòng)電池使用磷酸鋰電池】
但是這并不代表鋰電池就沒(méi)有缺點(diǎn)，以目前的電池制造商技術(shù)來(lái)看，鋰電池主要缺點(diǎn)在于成本比其他種類(lèi)電池高出不少，以鎳基電池為例，鋰電池制造成本大約高出40%，這通常會(huì)讓希望推出平民電動(dòng)車(chē)型的汽車(chē)制造商打退堂鼓。不過(guò)，無(wú)論是何種電池，在近年經(jīng)濟(jì)模式的擴(kuò)張之下，成本和多年前相比都已經(jīng)大幅降低。
此外，鋰電池雖然不用“煩惱”記憶效能的問(wèn)題，但是仍然會(huì)隨著時(shí)間以及使用環(huán)境所產(chǎn)生衰退。以目前汽車(chē)制造商的評(píng)估，車(chē)用鋰電池使用壽命大約在10年左右，但是目前還沒(méi)有電動(dòng)車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)足夠時(shí)間和實(shí)際資料來(lái)驗(yàn)證這個(gè)理論。不過(guò)從目前的各大車(chē)廠掌握的電池技術(shù)來(lái)看，鋰電池是所有種類(lèi)電池當(dāng)中缺點(diǎn)最少的，因此被視為當(dāng)下最佳車(chē)用電池來(lái)源。
鎳氫電池 Nickel-metal-hydride（Ni-MH）Batteries
在鋰電池未廣泛應(yīng)用之前，較早起的混合動(dòng)力車(chē)型多半使用的是鎳氫電池（Ni-MH），及時(shí)到現(xiàn)在逐漸被鋰電池取代，還是有不少混合動(dòng)力車(chē)型在使用這種類(lèi)型的電池。
鎳氫電池的優(yōu)勢(shì)為相對(duì)低廉的制造成本，這種電池主要以鎳、氫、鈦或者其他類(lèi)型的金屬組成，在制造成本上比鋰電池低廉許多，但是隨著市場(chǎng)投入越來(lái)越多的資源到鋰電池領(lǐng)域，兩種電池之間的成本正在不斷的縮小。
即使如此，鋰電池也有著一個(gè)相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，就是耐用性。只要保養(yǎng)得宜，鎳氫電池可以擁有非常久的使用壽命。除此之外，因?yàn)殒嚉潆姵睾杏卸驹胤浅Ｉ?，使得其回收成本相?duì)低，而成本當(dāng)中含有大量的鎳金屬以及其他貴金屬電池的回收利潤(rùn)比其他種類(lèi)電池還要高。
『舊款豐田混動(dòng)車(chē)型都在使用鎳氫電池』
可惜，鎳氫電池的能量密度并不高，大約比一般鋰電池低了40%，這意味著要達(dá)到同樣的電容量，鎳氫電池需要更大的體積也更重，這使得鎳氫電池和現(xiàn)在汽車(chē)制造商追求大空間和輕量化理念背道而馳。
另外，在密集且快速的沖放電情況下，鎳氫電池也容易產(chǎn)生大量熱能，因此需要額外的冷卻系統(tǒng)，使得整個(gè)電池系統(tǒng)重量又增加不少。
其他種類(lèi)的電池
除了以上兩種電池之外，目前許多研究機(jī)構(gòu)都在研發(fā)效能更高的電池系統(tǒng)，包括了氧化物電池、磷酸鐵電池、磷酸鋰鐵電池、鋰空氣電池、鋰聚合物電池、鎳鈷錳電池、鎳鈷鋁電池以及錳氧化物尖晶石電池都是未來(lái)有可能成為電動(dòng)車(chē)能量來(lái)源的電池種類(lèi)。
鈷氧化物電池已經(jīng)問(wèn)世很長(zhǎng)一段時(shí)間，但是目前的困境仍然在于熱失控以及制造成本，否則這種電池的高能效密度將會(huì)是極佳的高性能車(chē)用電池。
磷酸鐵電池則是目前最穩(wěn)定且成本合理的電池派別，可惜因?yàn)槠洳扇〉碗妷旱倪\(yùn)作方式，如果要作為車(chē)用電池，將需要使用更多的電池?cái)?shù)量，造成重量和體積增加。
鋰聚合物電池也是鋰電池的一種，但是現(xiàn)今鋰聚合物電池需要制成“袋狀”，對(duì)于空間配置較為不利，因?yàn)槟壳皟H有少數(shù)電動(dòng)車(chē)使用此類(lèi)型電池。
鎳鈷錳電池和鎳鈷鋁電池現(xiàn)在制造成本還是太高，而且熱失控問(wèn)題尚未解決，因?yàn)闊o(wú)論是效能如何，距離商用還是有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。
鋰空氣電池較為新的電池技術(shù)，擁有極佳的能量密度，其能量重量比幾乎和現(xiàn)在的汽油相當(dāng)，更是目前鋰電池的5~15倍之多，但是仍處于開(kāi)發(fā)初期，因?yàn)橐彩切枰靡欢螘r(shí)間才能夠達(dá)成量產(chǎn)。
