中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：電池一直是電動(dòng)汽車發(fā)展的心中痛。
在當(dāng)前基礎(chǔ)充電設(shè)施不成熟的情況下，電動(dòng)汽車想獲得更多消費(fèi)者的認(rèn)可，續(xù)駛里程無疑是重點(diǎn)考慮因素，而這很大程度上就取決于電池的性能。電池技術(shù)制約了電動(dòng)汽車的發(fā)展，這是所有要發(fā)展電動(dòng)汽車的企業(yè)共同面臨的問題，汽車廠商及電池供應(yīng)商都在尋求技術(shù)上的突破。這些年，我們見證了一批又一批電池的興起和衰亡，有的早早夭折，有的還在實(shí)驗(yàn)室掙扎，有的在市場中不斷更新?lián)Q代卻始終不盡人意，究竟電池技術(shù)什么時(shí)候能取得突破仍是未知數(shù)，也許3年，也許5年，也或許會(huì)更長。
目前，電動(dòng)汽車電池目前主要包括磷酸鐵鋰電池、三元材料電池、鉛酸蓄電池、鈉硫電池等多種傳統(tǒng)電池，當(dāng)然還有代表未來科技的燃料電池以及新型的液態(tài)電池等，它們因性能的不同導(dǎo)致優(yōu)缺點(diǎn)差異頗大。當(dāng)前的主流車型主要搭載磷酸鐵鋰電池和三元材料電池。磷酸鐵鋰密度較低，僅為每公斤120Wh左右，但其優(yōu)勢是熱穩(wěn)定性好，安全性高。三元材料能量密度可達(dá)150Wh~200Wh，續(xù)駛里程長，但其劣勢在于安全問題。業(yè)內(nèi)對(duì)三元材料和磷酸鐵鋰材料孰優(yōu)孰劣也一直存在分歧。
2014年10月30日，國際戰(zhàn)略與投資集團(tuán)發(fā)布公告稱，美國電動(dòng)車制造商特斯拉的電動(dòng)車年產(chǎn)量將達(dá)50萬輛，這將使其所使用三元材料(NCA鎳鈷鋁)電池成本下降約30%。去年特斯拉宣稱實(shí)現(xiàn)盈利，今年更是喜訊頻傳，這對(duì)眾多車企在電池選擇上產(chǎn)生了引領(lǐng)作用。今年上半年開始，中國車企紛紛將目光轉(zhuǎn)向三元材料。2014年，已有江淮、奇瑞、北汽、眾泰等一眾廠家都表示，將在最新車型中采用三元材料。
近日記者在對(duì)將推出的新電池技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)：全新材質(zhì)電池以及現(xiàn)有鋰離子電池的改進(jìn)，正成為電動(dòng)汽車發(fā)展的趨勢，未來隨著新電池技術(shù)的推出，電動(dòng)車?yán)m(xù)駛里程有望大大增加。
鉛酸電池：低速電動(dòng)車的寵兒
鉛酸電池安全、廉價(jià)，經(jīng)過150幾年發(fā)展而不衰，對(duì)人類作了很大貢獻(xiàn)。鉛酸蓄電池是我們最為熟悉的電池之一，主要的優(yōu)點(diǎn)是電壓穩(wěn)定、價(jià)格便宜，但同時(shí)也存在著比能低、使用壽命短和日常維護(hù)頻繁等問題。
鉛酸電池在中國曾經(jīng)一度受到誤解。很多人認(rèn)為它古老落后、污染環(huán)境，因此在一段時(shí)間內(nèi)，鉛酸電池的技術(shù)發(fā)展得不到支持。最近三年，我國政府認(rèn)真整頓鉛酸電池行業(yè)，逐漸健全了法規(guī)，關(guān)閉了大批小企業(yè)，嚴(yán)格鉛酸電池的準(zhǔn)入條件;現(xiàn)有企業(yè)不斷治理污染，優(yōu)化工業(yè)衛(wèi)生，企業(yè)做到文明生產(chǎn)，鉛污染的情況在不斷改善中。鉛酸蓄電池有2V、4V、6V、8V、12V和24V等系列，容量從200mAh到3000mAh，雖然價(jià)格低廉，但是電池的續(xù)駛能力比較低。所以，漸漸被電動(dòng)汽車所拋棄。不過，鉛酸蓄電池在國內(nèi)的低速電動(dòng)汽車上的應(yīng)用仍然很普遍。
鎳鎘電池：經(jīng)濟(jì)耐用但有毒
鎳鎘電池可重復(fù)500次以上的充放電，非常經(jīng)濟(jì);內(nèi)阻小，可供大電流的放電;因?yàn)椴捎猛耆芊馐?，因此不?huì)有電解液漏出的現(xiàn)象，也完全不需要補(bǔ)充電解液;長時(shí)間放置不會(huì)使性能劣化;可使用在很廣的溫度范圍內(nèi)。但是，在充放電過程中如果處理不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”，使得服務(wù)壽命大大縮短。此外，鎘是有毒的，因而鎳鎘電池不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，使用遺棄后對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染。
鎳氫電池：混合動(dòng)力汽車的護(hù)法
鎳氫電池是由氫離子和金屬鎳合成，電量儲(chǔ)備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對(duì)環(huán)境無污染。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。鎳氫電池主要應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車(HEV)和消費(fèi)類電器產(chǎn)品兩大領(lǐng)域，在HEV領(lǐng)域占據(jù)90%以上的應(yīng)用份額，商業(yè)化的代表是豐田的普銳斯。
磷酸鐵鋰電池：電動(dòng)汽車電池的新貴
磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子二次電池，主要用作動(dòng)力電池，而且它的放電效率較高，倍率放電情況下充放電效率可達(dá)到90%以上，而鉛酸電池大約為80%。在電池中，磷酸鐵鋰電池的安全性也高于其他的電池，理論壽命可以達(dá)到7~8年，實(shí)際使用壽命大約為3~5年，性能價(jià)格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。缺點(diǎn)是，磷酸鐵鋰電池的價(jià)格較高，而且，電池容量較小，續(xù)行里程短，而且報(bào)廢后基本上不能回收再利用，沒有可回收價(jià)值。綜上所述，磷酸鋰鐵電池在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用，會(huì)使整體的成本提升，而且電池不可回收利用，這樣會(huì)造成資源的浪費(fèi)和消耗。
我國磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)近年來得到了快速發(fā)展，從提交的專利申請(qǐng)數(shù)量看，我國磷酸鐵鋰領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量排名全球第一，但是在全球磷酸鐵鋰的主要供應(yīng)商中，卻沒有看到中國企業(yè)的身影。也就是說，盡管我國在該領(lǐng)域提交的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量多，但質(zhì)量有待提高，真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的專利數(shù)量較少。
鈷酸鋰電池：特斯拉的VIP
鈷酸鋰電池具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、容量比高、綜合性能突出、但是其安全性差而且成本非常高，主要用于中小型號(hào)電芯，標(biāo)稱電壓3.7V。
特斯拉電動(dòng)車的電池采用了松下提供的NCA系列(鎳鈷鋁體系)18650鈷酸鋰電池，單顆電池容量為3100毫安時(shí)。特斯拉采用了電池組的戰(zhàn)略，85kWh的MODEL S的電池單元一共運(yùn)用了8142個(gè)18650鋰電池，工程師首先將這些電池以磚、片逐一平均分配最終組成一整個(gè)電池包，電池包位于車身底板。特斯拉的工程師在電池包內(nèi)的保險(xiǎn)裝置分布到每一節(jié)18650鈷酸鋰電池，每一節(jié)18650鈷酸鋰電池兩端均設(shè)有保險(xiǎn)絲，當(dāng)電池出現(xiàn)過熱或電流過大時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)切斷，以此避免因某個(gè)電池出現(xiàn)異常情況(過熱或電流過大)時(shí)影響到整個(gè)電池包。就此來看，鈷酸鋰電池雖然本身存在著缺陷，但是在特斯拉的工程師的包裝上安全性基本上可以忽略。顯然，這樣的解決方案還是很適合在純電動(dòng)汽車上運(yùn)用。
鈦酸鋰電池：受政策歧視而沒落
鈦酸鋰(LTO)并不是正極材料，而是傳統(tǒng)負(fù)極材料——石墨的替代品。鈦酸鋰用于電池開發(fā)始于上世紀(jì)90年代，相比石墨負(fù)極，鈦酸鋰具有循環(huán)壽命長、安全、可快速充電等多重優(yōu)點(diǎn)。電池在充、放電時(shí)，負(fù)極存在著鋰離子的嵌入與脫出過程。石墨材料的層狀結(jié)構(gòu)在鋰離子嵌入脫出時(shí)通常產(chǎn)生層間形變，并隨著嵌脫次數(shù)的增加而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)塌陷。而鈦酸鋰是一種零應(yīng)變材料，鋰離子在嵌入與脫出時(shí)晶格常數(shù)與體積變化都很小，具備極優(yōu)的循環(huán)性能。鈦酸鋰充電時(shí)間短、循環(huán)壽命長的特性在短途的電動(dòng)公交上得以充分展現(xiàn)。但由于政策歧視，新一輪的補(bǔ)貼方案下發(fā)后，鈦酸鋰快充純電動(dòng)客車定額補(bǔ)貼較之此前的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)減少了35萬元，鈦酸鋰的純電動(dòng)客車失去了市場競爭的優(yōu)勢，該技術(shù)也漸漸不被看好。
燃料電池：清潔高效但成本高
燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。
因?yàn)槿剂想姵刂苯訉⑷剂系幕瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%。缺點(diǎn)是燃料電池造價(jià)偏高、碳?xì)淙剂蠠o法直接利用、氫氣儲(chǔ)存技術(shù)受限、氫燃料基礎(chǔ)建設(shè)不足等。最有望用于汽車的是質(zhì)子交換膜燃料電池。
鈉硫電池：比能量不是一般的高
鈉硫電池，是一種以金屬鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。在一定的工作度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲(chǔ)存。鈉硫電池一個(gè)是比能量高，并且可大電流、高功率放電。但其工作溫度在300~350℃，所以，電池工作時(shí)需要一定的加熱保溫。
液態(tài)電池：能量密度比特斯拉的鋰電池大5倍
液體電池由一將電化學(xué)活性電極浸泡在裝滿電解液的玻璃容器組成的電池。大多數(shù)電池，包括筆記本電腦和電視機(jī)遙控器上使用的電池，都使用固體材料如鋅或鈷鋰充當(dāng)陰極，石墨充當(dāng)陽極，液體鹽溶液充當(dāng)電解質(zhì)膜。而此液體電池則不同，其陰陽和膜都是液體的，且都是熾熱的熔化的像稀泥似的液體。液態(tài)電池能量密度高、穩(wěn)定耐用、充電速度更快、更加環(huán)保、可以維持超過14000次循環(huán)。缺點(diǎn)是成本高。
在今年日內(nèi)瓦車展上，由列支敦士登能源公司NanoFlowcell AG開發(fā)的Quant.e-Sportlimousine概念超跑亮相。新車具有2900牛˙米的峰值扭矩，百公里加速時(shí)間僅需2.8秒，一次充電能跑400至600公里。該車的最大亮點(diǎn)是它使用NanoFlowcell-AG公司開發(fā)的一種新型液態(tài)電解質(zhì)電池。這種電池采用鹽水作為存儲(chǔ)能量的介質(zhì)。鹽水會(huì)通過兩個(gè)水箱之間的隔膜形成電荷，電力被儲(chǔ)存和分配給超級(jí)電容器。它的能量密度比特斯拉的鋰電池大5倍，而且它更穩(wěn)定耐用，充電速度更快、同時(shí)也更加環(huán)保。
石墨烯電池：充滿一次手機(jī)電池大概只需5秒
石墨烯是一種由碳原子按照六邊形進(jìn)行排布并相互連接而成的碳分子，其結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，屬于新型材料，已知材料中最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性最好而且擁有強(qiáng)大靈活性的納米材料。由于它的電阻率低，電子遷移的速度極快，表面積大和電性能良好，被科學(xué)家認(rèn)為是鋰離子電池的理想電極材料。業(yè)內(nèi)專家介紹，石墨烯復(fù)合材料用作鋰離子電池負(fù)極材料可大幅提高負(fù)極材料的電容量和大倍率充放電性能。將石墨烯運(yùn)用于鋰離子電池，充滿一次手機(jī)電池大概只需要5秒鐘;給特斯拉純電動(dòng)汽車充一次電，可能也只需幾分鐘。據(jù)了解，特斯拉新電池將采用石墨烯材質(zhì)，其具有高導(dǎo)電和良好的柔韌性，是柔性儲(chǔ)能器件的理想候選材料之一。
鋁空氣電池：最高續(xù)航里程可達(dá)1600公里
在新研發(fā)的電池技術(shù)中，鋁空氣電池正成為新的發(fā)展方向。近日以色列Phinergy公司表示：試驗(yàn)用車的一個(gè)電池組重約100公斤，內(nèi)裝50塊電池板，僅一塊鋁空氣電池板就可以驅(qū)動(dòng)車輛行駛約32公里，最高續(xù)航里程可達(dá)1600公里。該公司還表示，開發(fā)出的鋁-空氣電池的空氣陰極配備有專用的銀基催化劑，其采用了獨(dú)特的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以使氧氣順利通過，而可以將二氧化碳阻隔在外。通過該創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，Phinergy鋁-空氣電池的空氣陰極可以有效避免電極的碳化問題，其工作壽命也因此可以達(dá)到數(shù)千小時(shí)。（新能源汽車新聞）
