新能源市場上使用的主流電池種類都有哪些？它們的應(yīng)用有什么區(qū)別？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-29 09:40
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代表企業(yè)或車型：長安汽車、北汽集團(tuán)、長城汽車、吉利汽車、上汽通用等傳統(tǒng)燃油車，一般采用鉛酸電池作為車輛供電裝置，目前市面上大部分低速電動車也采用鉛酸電池。
第一代電動汽車EV1采用的就是鉛酸電池，是由美國通用汽車公司在1996年生產(chǎn)，而鉛酸蓄電池由Gaston Plante在1859年發(fā)明，從發(fā)明到被應(yīng)用在電動汽車歷經(jīng)137年。所謂鉛酸蓄電池是以氧化鉛為正極板，以海綿鉛為負(fù)極板，硫酸水溶液作為電解液。鉛酸蓄電池是目前在汽車領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的電池，主要作為內(nèi)燃機(jī)汽車內(nèi)部各種電器和電子設(shè)備的供電電源。
鉛酸蓄電池分封閉式和非封閉式兩種。封閉式不須維護(hù)，允許深度放電，可循環(huán)使用，價(jià)格低廉，已成為大多數(shù)傳統(tǒng)燃油汽車供電裝置。例如，別克威朗就使用的免維護(hù)式鉛酸蓄電池。不過鉛酸蓄電池能量小和功率低是其致命弱點(diǎn)。
業(yè)內(nèi)專家指出，一個(gè)單格鉛酸電池的標(biāo)稱電壓是2.0V，能放電到1.5V，能充電到2.4V；在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常用6個(gè)單格鉛酸電池串聯(lián)起來組成12V的鉛酸電池，還有24V、36V、48V等，使用壽命一般為3年。
“功率、密度是可以通過增大電極的表面積來提高的，但是將會增加侵蝕速度從而縮短電池的使用壽命。”清華大學(xué)電機(jī)系副教授胡澤春表示，“充放電方式也會嚴(yán)重影響它的使用壽命，長期過度充電和過度放電都會導(dǎo)致電池壽命縮短。”
鉛酸蓄電池之所以在過去50年被廣泛應(yīng)用，除有成熟的技術(shù)、可以大批量生產(chǎn)、生產(chǎn)成本低外，可換性及價(jià)格便宜也占主導(dǎo)性因素。盡管新電池技術(shù)不斷地產(chǎn)生，但鉛酸蓄電池至今仍作為動力源，主要應(yīng)用于旅游觀光車、電動叉車或者一些短距離行駛的公交車上。
堿性電池
代表企業(yè)或車型：一汽豐田混動車型、長安福特混動車型、雷克薩斯RX400h、保時(shí)捷Cayenne等，一般使用鎳氫電池作為動力電源。
所謂堿性電池由鎳基和堿性溶液電解液構(gòu)成，主要有鎳鎘電池、鎳鋅電池和鎳氫電池3種，其中鎳氫電池相對于鎳鎘、鎳鋅電池，比能量較高并對環(huán)境無污染。
業(yè)內(nèi)專家指出，鎳氫電池是由氫離子和金屬鎳合成，電量儲備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長。鎳氫電池的缺點(diǎn)是價(jià)格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差。據(jù)悉，1999年通用汽車研發(fā)的第2代電動汽車就是以鎳氫電池為動力源，但最終因無競爭力而退出市場。不過日本豐田汽車公司利用鎳氫電池技術(shù)制造了將內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)相結(jié)合的第3代電動汽車，即混合動力車（HEV）。
鎳氫電池成為在電動汽車電池技術(shù)研究領(lǐng)域和市場應(yīng)用中最受關(guān)注的電池，相對鉛酸電池，鎳氫電池在能量體積密度方面提高了3倍，在比功率方面提高了10倍。這項(xiàng)技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)勢包括：更高的運(yùn)行電壓、比能量和比功率，較好的過度充放電耐受性和熱性能。
“不過，鎳氫電池應(yīng)用也有一定的受限性，其在低溫時(shí)容量減小和高溫時(shí)充電耐受性不佳；此外，價(jià)格也是制約鎳氫電池發(fā)展的主要因素，原材料如金屬鎳非常昂貴。鎳氫電池雖比鉛酸電池儲存更多的能量，但過放電會造成永久性損傷，荷電狀態(tài)必須被限制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，電池儲存的大部分能量并沒有被實(shí)際使用，如豐田Prius只能使用電池20%的能量。”業(yè)內(nèi)專家表示。
鋰離子電池
代表企業(yè)或車型：本田混動、別克混動等，例如本田雅閣銳混動、別克君越混動。
鋰離子電池可分為鋰離子電池和鋰聚合物電池2種。鋰離子電池的陰極材料主要有鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、磷酸鐵鋰等，陽極材料主要有石墨、鈦酸鋰等。不同陰極材料的鋰離子電池性能也不盡相同。
“相較鎳氫電池，鋰離子電池具有相對較高的工作電壓和較大的比能量，是鎳氫電池的3倍。鋰離子電池體積小，質(zhì)量輕，循環(huán)壽命長，自放電率低，無記憶效應(yīng)且無污染；電池單個(gè)性能指標(biāo)的數(shù)值范圍跨度大，這是因?yàn)殇囯x子電池有較多的電極組合，它們在性能上存在一定的差異。”胡澤春副教授解釋道。
當(dāng)然，鋰離子電池大量應(yīng)用于電動汽車也存在問題，主要是因?yàn)槎喾N性能的限制，包括鋰離子電池的安全性、循環(huán)壽命、成本、工作溫度和材料供應(yīng)。據(jù)悉，鋰離子電池目前以小容量、低功率電池為主，大容量高功率的鋰離子電池尚未大規(guī)模生產(chǎn)。另外對電池組的電池管理系統(tǒng)中一些技術(shù)還不成熟(如均衡充電技術(shù))也是鋰離子電池尚未在電動汽車中廣泛應(yīng)用的重要原因之一。
磷酸鐵鋰電池
代表企業(yè)或車型：比亞迪純電動汽車（秦、秦EV、唐等），宇通新能源客車、廈門金龍新能源客車等。
目前在電動汽車中，應(yīng)用較多的鋰離子電池是磷酸鐵鋰電池。比亞迪新能源就采用磷酸鐵鋰電池。它具有磷氧共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，使氧原子不會被釋放出來，因而熱穩(wěn)定性和安全性較好，同時(shí)價(jià)格相對便宜。這些因素使磷酸鐵鋰電池成為小型電動汽車和PHEV動力電池首選。
業(yè)內(nèi)專家指出，磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。其特色是不含鈷等貴重元素，原料價(jià)格低且磷、鐵，資源含量豐富。其工作電壓為3.2V、單位重量下電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。
“不過在鋰離子電池中，磷酸鋰電池的比能量、比功率以及運(yùn)行電壓相對較低，在大型純電動車應(yīng)用方面鈷酸鋰和錳酸鋰電池等更具優(yōu)勢。”業(yè)內(nèi)專家對此表示。
三元鋰電池
代表汽車或車型：特斯拉、吉利帝豪、北汽EV200、江淮iEV5、艾瑞澤7e、榮威Erx5等。
三鋰電池就是正極材料使用鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的鋰電池。據(jù)清華大學(xué)歐陽明高教授解釋，所謂“三元”，指的是正極是三元，負(fù)極是石墨。三元鋰電池具有能量密度高，循環(huán)性能好于正常鈷酸鋰的優(yōu)點(diǎn)。目前，隨著配方的不斷改進(jìn)和結(jié)構(gòu)完善，電池的標(biāo)稱電壓已達(dá)到3.7V，在容量上已經(jīng)達(dá)到或超過鈷酸鋰電池水平。
特斯拉公司生產(chǎn)的電動汽車就是選用的三元鋰電池，特斯拉電池技術(shù)總監(jiān)Kurt Kelty給出的選用理由是：能量密度更大且穩(wěn)定性、一致性更好；可以有效降低電池系統(tǒng)的成本；尺寸小，可控性和安全性都能不斷提高。
不過有業(yè)內(nèi)人士指出，“三元鋰電池主要有鎳鈷鋁酸鋰電池、鎳鈷錳酸鋰電池等，由于鎳鈷鋁的高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致高溫安全性差，且pH值過高易使單體脹氣，進(jìn)而引發(fā)危險(xiǎn)，目前造價(jià)較高。”
據(jù)悉，現(xiàn)有三元鋰電池如果內(nèi)部短路或是正極材料遇水，都會有明火產(chǎn)生。所以一般三元鋰電池都會有一層鋼殼保護(hù)，由于特斯拉的電池組是由7000塊左右的18650電池組合而成，所以，雖然特斯拉給電池組進(jìn)行了全方位的保護(hù)，但是在極端的碰撞事故中，起火隱患還是有的。
“而磷酸鐵鋰電池則要穩(wěn)定許多，電池板就算是穿刺、短路也不會爆炸燃燒，遭到350℃的高溫也不會起火（三元鋰電池在180-250℃就扛不住了）。所以在安全性能上，磷酸鐵鋰電池略勝一籌。”業(yè)內(nèi)人士告訴記者。
鈦酸鋰電池
代表企業(yè)：珠海銀隆，目前該項(xiàng)電池技術(shù)應(yīng)用正在研發(fā)試驗(yàn)階段。
在實(shí)際研發(fā)應(yīng)用中，有一種正極是三元，負(fù)極是鈦酸鋰組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池，通常被稱為“鈦酸鋰”，其性能比較安全，壽命比較長，不屬于普通所說的“三元材料”。
“所謂鈦酸鋰電池，是采用鈦酸鋰作為電池的負(fù)極材料，這一技術(shù)路線迥異于主流的采用石墨作為負(fù)極材料。
