新能源汽車電池簡析及未來技術(shù)展望
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-17 22:20
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隨著我國新能源汽車銷量的不斷增加，以及電池技術(shù)的不斷更新。作為新能源汽車的心臟，動(dòng)力電池由于原材料的不同也分為不同的類型。如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池等，由于各自的優(yōu)勢(shì)，在汽車工業(yè)發(fā)展的一定階段得到了廣泛的應(yīng)用。目前市場上主流的動(dòng)力電池是鋰電池。那么，鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)是什么呢？未來電池技術(shù)將如何發(fā)展？
為什么磷酸鐵鋰電池是安全的？
磷酸鐵鋰電池是鋰電池的一種。目前，比亞迪E6、北汽EV160、騰世等部分電動(dòng)車生產(chǎn)企業(yè)將其作為汽車的動(dòng)力源。目前，磷酸鐵鋰電池的熱穩(wěn)定性是汽車鋰電池中最好的。當(dāng)電池溫度在500-600℃時(shí)，內(nèi)部化學(xué)成分開始分解，而屬于同一鋰電池的鈷酸鋰電池內(nèi)部化學(xué)成分在180-250℃時(shí)已經(jīng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。也就是說，在鋰電池中，磷酸鐵鋰電池的安全性是首屈一指的。正因?yàn)槿绱?，它已成為電?dòng)汽車電池的主要類別之一。
為什么特斯拉青睞三元鋰電池？
特斯拉S型三元鋰電池的重量能量密度約為200wh/kg，而磷酸鐵鋰電池的能量密度約為150wh/kg，這意味著相同重量的三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池具有更長的續(xù)航時(shí)間。然而，當(dāng)三元鋰電池溫度為250-350℃時(shí)，其內(nèi)部化學(xué)成分開始分解，對(duì)電池管理系統(tǒng)提出了更高的要求。以特斯拉S型為例，整車配備了7000多塊18650三元鋰電池。電池管理系統(tǒng)需要監(jiān)控每個(gè)電池的使用狀態(tài)，這無疑增加了電池管理系統(tǒng)的控制難度。
燃料電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，而不是所謂的“電池”。其能源主要取決于燃料和氧化劑的連續(xù)供給，能量轉(zhuǎn)換效率高，無污染，壽命長，運(yùn)行穩(wěn)定，被業(yè)界公認(rèn)為未來汽車的最佳能源。
新電池技術(shù)展望：物理電池
物理電池是指依靠物理變化來提供和儲(chǔ)存電能的電池的總稱，如“瞬間充滿電的超級(jí)電容器”和“比功率為5000-10000w/kg的飛輪電池”，它們是物理電池家族的成員。
一。超級(jí)電容器
超級(jí)電容器是介于傳統(tǒng)電容器和蓄電池之間的一種供電元件。其功率密度高達(dá)300-500w/kg，是普通電池的5-10倍。它主要依靠雙電層和氧化還原偽電容電荷來儲(chǔ)存電能，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此被歸類為物理電池。與化學(xué)電池相比，超級(jí)電容器有三個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：
①重復(fù)充放電次數(shù)為10萬次（傳統(tǒng)化學(xué)電池只有幾百到幾千次），使用壽命遠(yuǎn)高于化學(xué)電池；
②超級(jí)電容器在充放電過程中功率密度很高，能瞬間放電大量電能，能滿足車輛更廣泛的功率需求；
③工作環(huán)境適應(yīng)性較好。一般情況下，當(dāng)室外溫度為-40℃~65℃時(shí)，能穩(wěn)定正常工作（傳統(tǒng)電池一般為-20℃~60℃）。
2.飛輪電池
飛輪電池是20世紀(jì)90年代提出的一種新概念電池，它利用飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量原理進(jìn)行充放電。著名的“保時(shí)捷911 GT3混合動(dòng)力車”和“保時(shí)捷918 Spyder”是當(dāng)今四款車中的一款，兩個(gè)前輪上都裝有飛輪電池。飛輪技術(shù)將制動(dòng)收集的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并將電能儲(chǔ)存在飛輪中。在加速過程中，能量會(huì)轉(zhuǎn)移到前輪上，從而提高內(nèi)燃機(jī)的加速性能，降低油耗。
隨著新能源汽車的發(fā)展，電池作為重要部件之一，能量密度在不斷提高。中信國安盟固利新能源科技有限公司研究院副院長劉正耀表示：“電池革命的關(guān)鍵在于材料，三元材料將成為主流的正極材料體系，石墨與軟碳、硬碳等具備不同特性的負(fù)極材料混合應(yīng)用也將成為負(fù)極材料的主流體系。另外，石墨烯在我國已經(jīng)開始進(jìn)入中期試驗(yàn)階段，量產(chǎn)后會(huì)大幅度提高電池的能量密度水平及壽命。”
同樣，電池專家肖成偉也表示：“動(dòng)力電池向著高能量密度的趨勢(shì)發(fā)展。從安全性角度考慮，磷酸鐵鋰電池要優(yōu)于其他種類電池，而且它在中國應(yīng)用的數(shù)量也是最大的；從正極材料來講，磷酸鐵鋰材料不僅是研究關(guān)注的重點(diǎn)，也是產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)。另外，大家都希望把能量密度達(dá)到300Wh/kg電池實(shí)現(xiàn)批量化應(yīng)用，那么就可以將高鎳材料與石墨類材料匹配，同時(shí)與薄型改性的隔膜涂層結(jié)合，逐步做到300Wh/kg；從負(fù)極材料來講，石墨類的材料現(xiàn)在已經(jīng)是很成熟的產(chǎn)品，未來則以硅碳作為研發(fā)重點(diǎn)。
