電動(dòng)化大趨勢愈演愈烈，我國通過政策的引導(dǎo)和扶持，已經(jīng)成為全球最大的新能源汽車市場。眾所周知，新能源汽車的重要瓶頸在于電池的續(xù)航里程。在此背景下，國家出臺了《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池發(fā)展行動(dòng)方案》、《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，鼓勵(lì)高能量密度電池的使用，近期《外商投資產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄（2017年修行）》政策提出解除純電動(dòng)汽車合資企業(yè)限制以及取消汽車電子和動(dòng)力電池股比限制，這也是促進(jìn)新能源汽車市場推廣應(yīng)用高能量密度電池的重要舉措。

 

　　電池是一門非常深的學(xué)科，因?yàn)檫@東西從發(fā)明起便在我們的生活中有著非常非常廣泛的應(yīng)用，比如3C、比如儲能。

 

　　動(dòng)力電池是指具有較大電能容量和輸出功率，可配置電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、電動(dòng)設(shè)備及工具驅(qū)動(dòng)電源的電池，通常也包括軍事（潛艇，高級智能機(jī)器人等）及企事業(yè)單位使用的蓄能設(shè)備通訊指揮系統(tǒng)的常備電源等。隨著新興的電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車的開發(fā)和商業(yè)化生產(chǎn)、新型潛艇及無人水下航行器（UUV）的發(fā)展，使得社會(huì)對新型綠色動(dòng)力電池的需求大幅度增加。當(dāng)前國際上，應(yīng)用得最為廣泛的動(dòng)力電池主要包括鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池、燃料電池、太陽能電池。這些動(dòng)力電池各具優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。

 

　　鉛酸蓄電池

 

　　鉛酸蓄電池是1859年由普蘭特（R.G..Plante）發(fā)明，是最早得到應(yīng)用的蓄電池。Plante電池使用兩塊鉛板作為電極，置于硫酸溶液中進(jìn)行電解，通過不斷變化電解的電流方向，使鉛板的蓄電容量逐漸增加，但電池比能很低。

 

　　傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：一是在使用壽命期間，需不斷加水維護(hù)；二是由于富液有漏酸危險(xiǎn)不能任意方向放置。經(jīng)過不斷研究，20世紀(jì)中期，發(fā)明了膠體電解質(zhì)技術(shù)和免維護(hù)密封技術(shù)：1955年德國陽光公司首次把凝膠電解質(zhì)技術(shù)用于鉛酸電池并投放市場。20世紀(jì)60年代中期該公司開發(fā)出“Dryfit”實(shí)用膠體電解質(zhì)密封鉛酸蓄電池系列。1968年Desai提交了第一篇描述氣體密封式鉛酸蓄電池的專利，1974年正式發(fā)表。1972年美國Gates公司的D.H McLelland和J.L.Devitt發(fā)明了吸附式超細(xì)玻璃纖維隔板（AGM），從實(shí)踐上解決了電池內(nèi)部氧氣的復(fù)合循環(huán)問題，研制出圓柱形的AGM型閥控密封鉛酸蓄電池（VRLAB），這種電池的電解液吸附在玻璃纖維隔膜中，電解液不能自由流動(dòng)，相對于傳統(tǒng)的富液式鉛酸蓄電池（電解液可自由流動(dòng)），閥控式鉛酸蓄電池為貧液式電池。此后的30多年內(nèi)，VRLAB電池得到迅速發(fā)展，在電力、鐵路、船舶、通訊等各個(gè)專業(yè)部門中得到了廣泛應(yīng)用。VRLA技術(shù)的出現(xiàn)推動(dòng)了鉛酸蓄電池的發(fā)展，使之進(jìn)入了一個(gè)繁榮發(fā)展的時(shí)期。

 

　　鉛酸蓄電池是所有化學(xué)電源中技術(shù)最成熟的電池，它具有價(jià)格低廉、安全性高、大電流放電性能好、電池回收率高等優(yōu)點(diǎn)，己廣泛用于電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、通信行業(yè)、電力工業(yè)后備電源、鐵路內(nèi)燃機(jī)車等領(lǐng)域。然而，由于比能低、不夠環(huán)保等缺點(diǎn)，鉛酸電池新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)仍在不斷研究中，如耐腐蝕鉛合金正極板柵、泡沫鉛板柵、泡沫炭板柵、新型負(fù)極添加劑、超級鉛酸電池等。

 

　　鎳基電池

 

　　堿性鎳基電池主要包括有鎳鎘電池、鎳鋅電池和鎳氫電池。其中鎳鎘電池已經(jīng)在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但廢舊的鎳鎘電池存在鎘污染的風(fēng)險(xiǎn)，大大限制了其應(yīng)用，歐盟各國已禁止將鎳鎘電池用于動(dòng)力電池，基本處于淘汰邊緣；鎳鋅電池在充電時(shí)，負(fù)極鋅容易產(chǎn)生枝晶，而導(dǎo)致隔膜穿刺，影響電池的使用壽命；相比之下，鎳氫電池是綜合性能最佳的動(dòng)力電池。目前鎳氫電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于商業(yè)化的電動(dòng)汽車。

 

　　鎳氫電池是由氫離子和金屬鎳組成的電池，正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳，負(fù)極活性物質(zhì)為貯氫合金，電解液采用6 M的氫氧化鉀溶液。其電化學(xué)式可表示為：

 

　?。?）M/MH︱KOH︱Ni（OH）2/NiOOH（+）充電時(shí)，KOH電解液中的氫離子（H+）會(huì)釋放出來，由儲氫合金吸收，正極由Ni（OH）2變成NiOOH和H2O；放電時(shí)氫氣在負(fù)極上被消耗掉，正極由NiOOH變成Ni（OH）2。

 

　　鎳氫電池具有高比能和高比功率的特性，其比能量較鉛酸電池提高了3倍；比功率較鉛酸電池提高了近10倍。除此之外，鎳氫電池還具有較好的過度充放電耐受性和熱性能，因此具有較高的安全可靠性能。充電快、環(huán)保污染、壽命長等也是鎳氫電池的優(yōu)點(diǎn)。

 

　　但是，由于原材料鎳和儲氫合金非常昂貴，因此鎳氫電池的成本較高，價(jià)格成為制約鎳氫電池發(fā)展的主要因素。鎳氫電池在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)表現(xiàn)出局限性。

 

　　鋰離子電池

 

　　鋰離子電池研究始于1990年Nagoura等人研制成的以石油焦為負(fù)極、以鈷酸鋰為正極的鋰離子電池；同年日本Sony和加拿大Moli兩大電池公司宣稱將推出以碳為負(fù)極的鋰離子電池；1991年，日本索尼能源技術(shù)公司與電池部聯(lián)合開發(fā)了以聚糖醇熱解碳（PFA）為負(fù)極的鋰離子電池；1993年，美國Bellcore公司首先報(bào)道了聚合物鋰離子電池。