論電動汽車電池的現(xiàn)狀和發(fā)展前景

劉園

摘 要：電動汽車電池的不斷發(fā)展符合資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的建設，電動汽車電池的發(fā)展程度直接決定電力工業(yè)和汽車行業(yè)能否快速有效的結合。文章在簡要闡述電動汽車電池的發(fā)展歷程的基礎上，重點論述了我國電動汽車電池的應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景，以期對我國電動汽車電池的發(fā)展有所益處。

關鍵詞：電動汽車電池 發(fā)展歷程 應用現(xiàn)狀 應用前景

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0061-01

電動汽車電池對于電動汽車行業(yè)的發(fā)展來說起著關鍵作用，其發(fā)展程度和發(fā)展前景對當前全球經濟的可持續(xù)發(fā)展來說至關重要，發(fā)展電動汽車是對全球環(huán)境污染和資源損耗巨大的現(xiàn)實選擇。

1 電動汽車電池的發(fā)展歷程

電動汽車行業(yè)是全球新興發(fā)展起來的一個行業(yè)，其無污染、節(jié)約能源的特性使其符合全球經濟發(fā)展的要求，成為全球汽車產業(yè)競爭的重點，作為電動汽車動力的電動汽車電池，對于電動汽車行業(yè)的發(fā)展至關重要。電動汽車電池的發(fā)展程度和發(fā)展質量對于整個電動汽車的動力性、經濟性和安全性來說都非常關鍵，受到世界各國的關注。最早啟動電動汽車電池納入國家計劃的是德國，其在2009年鼓勵德國汽車和能源行業(yè)加入汽車用鋰電池的開發(fā)計劃，希望在三年后實現(xiàn)德國電動汽車生產的系列化和批量化，并打響電動汽車商業(yè)化生產的槍聲。美國也緊跟電動汽車行業(yè)發(fā)展步伐，提出在2012年實現(xiàn)投入運營的電動汽車要達到一百萬輛，美國密歇根州政府撥付近十億美元用于推動電動汽車市場化發(fā)展。

世界上首輛以電池為動力的汽車是1837年由于阿伯丁制造的，當時掀起了用電池作為驅動能源的熱潮。但是由于當時電池技術發(fā)展還不成熟，加之合適的電池材料發(fā)展緩慢，隨著內燃機的推廣使用，電動汽車電池被迫退出行業(yè)舞臺。近代第一臺電池電動汽車是1996年由美國通用汽車公司制造的EV1，該汽車以鉛酸電池為動力，緊接著1999年通用公司開發(fā)了以鎳氫電池為動力源的電動汽車二代。與此同時日本豐田汽車公司利用鎳氫電池技術制造了將內燃機和電動機相結合的第3代電動汽車，即混合動力車，但是由于競爭力非常低下均快速退出市場。近年來，隨著電動汽車電池研究理論和技術不斷取得進步，加之全球環(huán)境污染日益嚴重，以鋰離子電池技術為代表的電動汽車電池逐漸受到關注，其安全性方面的大幅提高，逐漸成為鎳氫電池強勁的競爭者。自2008年全球金融危機和油價攀升以及節(jié)能減排的壓力下，各國對發(fā)展電動汽車達成共識，推動了電動汽車電池的快速發(fā)展。

2 電動汽車電池的研究應用現(xiàn)狀

當前，電動汽車電池的研究應用主要集中在鉛酸蓄電池、鎳氫電池和鋰離子電池三個方面。

首先，鉛酸蓄電池的正極板材料是氧化鉛，負極板材料是海綿鉛，電解液是硫酸水溶液。其電能釋放過程是通過正負極板上的物質和點解液相互發(fā)生化學反應來實現(xiàn)的。當前，電動汽車領域應用最為廣泛的就是鉛酸蓄電池，是汽車內燃機電器和電子設備的電源劑，生產成本較低，技術較成熟，價格較低廉。在新電動電池不斷發(fā)過程中，鉛酸蓄電池仍在短途公交、旅游觀光車等領域占據(jù)重要地位。鉛酸電池長期充放電致使兩極板活性化學物質脫落，縮短電池使用壽命。鉛酸電池要獲得長遠發(fā)展，急需解決比能量低的問題和高倍率部分荷電狀態(tài)時壽命嚴重縮短的問題。

其次，鎳氫電池由鎳基和堿性溶液電解液構成，具有比能量較高并對環(huán)境無污染的特點，在電動汽車運用方面競爭力較大。鎳氫電池的陽極材料為氫氧化鎳，陰極材料為釩、錳、鎳等合金。其性能指標相對鉛酸電池來說，比能體積和密度方面均有了較大的提高，特別是在比功率方面提高了十倍。鎳氫電池的運行電壓更高、比能量和比功率較好，過度充放電時的耐受性較好。但是鎳氫電池在溫度過高或過低是電池的使用受限和電池原材料價格昂貴而導致廣泛運用受阻。另外電池儲存的能量絕大部分沒有被實際使用，但由于電動電池技術發(fā)展較慢，當前鎳氫電池仍是將來電動車使用電池的重要選擇。

最后，鋰離子電池主要由陽極為石墨（主要為碳）、陰極為鋰離子金屬氧化物與電解液構成，具有輕巧結實、比能量大的有點。經研究表明，鋰離子電池比鎳氫電池的工作電壓和比能量都更大，而鋰離子電池體小質輕、使用壽命長，電量損耗率地，對環(huán)境無污染等多項優(yōu)點使其使用范圍應更為廣泛。當然，鋰離子電池廣泛運用于電動汽車還有很多問題需要解決，如電池的安全性、電池的循環(huán)壽命、電池原材料的成本、電池工作溫度和材料大規(guī)模供應等等?，F(xiàn)在市面上常見的鋰離子電池容量較小、功率較低，大容量高功率的鋰離子電池批量生產仍有很長的一段路要走。

3 電動汽車電池的發(fā)展前景

3.1 鋰離子電池

由于鋰離子電池體小質輕、使用壽命長，電量損耗率地，對環(huán)境無污染等多項優(yōu)點使其成為當今各國能量存儲技術研究的熱點。在在各國政府政策和財政的支持下，鋰離子電池發(fā)展較快，產業(yè)化生產和經營速度較快。當然鋰離子電池正式作為純電動汽車獨立驅動電源，在很多方面還需要提高。比如說比能量、電池性能、壽命和安全性都需要進一步研究和改進。世界各主要車制造商，如豐田、現(xiàn)代、福特等汽車制造公司都致力于開發(fā)以鋰離子蓄電池為電源的電動汽車，諸多汽車制造公司競相宣布以鋰離子電池為動力的電動汽車將投放市場。其中尤以日本汽車制造商在此方面的研究最為顯著，如采用新神戶電機生產的高能鋰離子蓄電池驅動的Altra純電動汽車時速可達50 km/h；FTO純電動汽車上使用的日本蓄電池公司生產的高能鋰離子蓄電池完成了2000 km/24 h的考核。當然，鋰離子蓄電池廣泛應用于電動汽車上海必須完善性能指標、降低成本、提高安全性和使用壽命。

3.2 超級電池

所謂超級電池，就是利用超級電容器為負極，具有組合型電極的新型設計電源，在鉛酸蓄電池充放電性能上予以改善，在鎳氫電池的基礎上提高負極充電效率，大幅延長電池循環(huán)壽命，適用于混合動力車等環(huán)保機動車。超級電池的符合電動車輛在加速與制動時能量快速吸收和提供的要求，其使用壽命長，大幅提高電動汽車動力源更換周期；其動力強勁，電流放電非常大，充電時間較短，同時超級電池還具有不需要并聯(lián)額外超級電容器的特征，其未來使用范圍非常廣泛。從實質上來說，超級電池是傳統(tǒng)鉛酸蓄電池領域的新型復合能源，使得鉛酸電池在小微型電動車和增程式電動車仍有發(fā)展余地。

3.3 新電池技術

隨著電池技術的發(fā)展，各新電池能源被發(fā)現(xiàn)，如德國公司研制的KOLIBR電池是一種鋰聚合物電池，其在先進的膜技術技術基礎上，結合阿爾法聚合物技術，大幅度提高電池性能。另外新電池技術中具有發(fā)展的還有鋰硫電池，其由單質硫、金屬鋰和有機電解液組成，具有成本低、環(huán)境污染小、比能量高的特點，美國Sion Power公司正在實驗室研發(fā)階段的鋰空氣電池就具有環(huán)境污染小、比能量高的特點。

4 結語

全球經濟的可持續(xù)發(fā)展和低碳經濟的順利開展，離不開對資源的高效利用。電動汽車電池在資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的建設中具有現(xiàn)實且重要的意義。

參考文獻

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