姬超

摘 要：電動汽車是最具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉雌嚕噪娏轵?qū)動，有著噪聲低、低排放、效率高等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。本文圍繞新能源電動汽車對其電池技術(shù)進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：電動汽車；比能量；可靠性；鋰離子電池

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.051

0 引言

由于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車所造成的環(huán)境和能源問題愈加突出，汽車行業(yè)發(fā)展受阻。目前我國科研機(jī)構(gòu)和汽車制造企業(yè)都加大了對新能源電動汽車的研發(fā)力度，以期解決現(xiàn)存電動汽車電池技術(shù)難題。

1 新能源電動車電池技術(shù)

根據(jù)能源供給類型的不同，電動汽車可分為純電動車、混合電動車和燃料電池電動車，且這三種電動車電池技術(shù)均面臨著技術(shù)難題，較難量產(chǎn)推廣。電池技術(shù)是影響新能源電動車推廣和廣泛應(yīng)用的重要因素，所以迫切需要解決電池的容量和能源補(bǔ)充問題。

2 新能源電動車電池技術(shù)對比

（1）鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池是由浸入稀硫酸電解液的正極板（PbO2）和負(fù)極板（Pb）組成。充放電反應(yīng)方程式：Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O。

該種電池的性能指標(biāo)中的比能量和比功率均較低，電池的循環(huán)使用壽命也較短，充電所需時間較長，這些特點(diǎn)致使其在電動車領(lǐng)域的推廣受到很大制約。同時，該種電池技術(shù)較為成熟，可以大批量生產(chǎn)，其造價(jià)也低，所以這種電池也具有一定的應(yīng)用空間，目前是被用于行駛里程短，重點(diǎn)要求較低的場合，例如目前已投入使用的電動觀光車、電動叉車、短途電動公交車等。

（2）鎳氫電池（NiMH）。由鎘鎳電池發(fā)展而來的鎳氫電池是由電解液（KOH）、堿式氧化鎳（NiOOH）組成的正極和吸氫合金（MH）組成的負(fù)極構(gòu)成。充放電反應(yīng)方程：NiOOH+MH?M + Ni（ OH）2。

鎳氫電池充電時間短、容量大、放電深度大，更有著耐過充和過度放電等優(yōu)點(diǎn)，但是由于金屬鎳價(jià)格較昂貴對其在在電動車領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。鎳氫電池與鋰離子電池相比，能量密度較弱但可靠性高、成本低。在不久的將來鎳氫電池會成為混合動力電動車的主流電池。

（3）燃料電池（Fuel Cell，F(xiàn)C）。燃料電池由正極、負(fù)極（不包含活性物質(zhì)）和電解質(zhì)隔膜組成。目前研究以氫燃料電池為主，充放電反應(yīng)方程：2H2+O2→2H2O。

作為被汽車制造商重點(diǎn)投資的燃料電池，僅須補(bǔ)充燃料與空氣即可，并不需要充電儲能的過程。氫燃料電池不僅供電效率高、功率密度高，也有著無污染和可循環(huán)利用的優(yōu)點(diǎn)。但是其造價(jià)太高、啟動時間過長，制造和存儲代價(jià)高且氫燃料電池加氫站的建設(shè)有著很大的難度。就目前來說，燃料電池電動車只是處于研發(fā)階段，尚存在較多技術(shù)難題，在短期內(nèi)很難進(jìn)行大規(guī)模的推廣?；谌剂想姵鼐G色環(huán)保的作用，燃料電池未來肯定會成為解決能源危機(jī)的動力電池，有著較為廣泛的前景。

（4）鋰離子電池。鋰離子電池主要包括正極（鋰離子金屬氧化物L(fēng)iMO2構(gòu)成）、負(fù)極（焦炭或石墨C構(gòu)成）和有機(jī)溶液（溶有鋰鹽）。充放電反應(yīng)方程：LiMO2 + nC?Li1-xMO2 + LixCn。

鋰離子電池的性能要優(yōu)于前兩種電池性能，有著體積小、壽命長和自放率低的優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池并不存在傳統(tǒng)蓄電池出現(xiàn)的“記憶效應(yīng)”，該電池?zé)o污染，所以該種電池一直被看好，是最具有實(shí)用價(jià)值的電動車電池。但鋰離子電池在快速放電性能、價(jià)格、過放電保護(hù)方面有著不足之處。而大容量、高功率的鋰離子電池在安全方面有著一定能夠隱患，使其大規(guī)模推廣受到限制，現(xiàn)在主要被用于容量較小、功率較低的電動汽車的應(yīng)用中。目前各國汽車生產(chǎn)商都在重點(diǎn)研究鋰離子電池技術(shù)，主要圍繞如何降低電池成本，實(shí)現(xiàn)快速便捷放電，確保大容量的電池安全性為研究重點(diǎn)。

3 鋰離子電池技術(shù)

（1）鋰離子電池材料技術(shù)。該種電池正負(fù)極材料體系很豐富。用于動力電池的NCM三元層狀正極材料，其中LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的應(yīng)用比較成熟，而擁有較高容量的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2已被批量應(yīng)用。近幾年鋁摻雜的鋰鎳鈷氧電池將被用于驅(qū)動電動汽車，與錳酸鋰混合也可用于制造車用動力電池。磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)已滿足客車和專用車輛的應(yīng)用。用于負(fù)極的材料石墨、硬/軟碳和合金負(fù)極材料，其中石墨應(yīng)用最為廣泛，無定形硬碳或軟碳與石墨混合已經(jīng)逐漸被應(yīng)用。鈦酸鋰負(fù)極材料倍率性和循環(huán)性佳，但比能量低、成本高，適用于大電流充電。將納米硅或硅氧化物作為負(fù)極材料已有小批量應(yīng)用，但還需研究出解決因鋰嵌入硅后造成的體積膨脹導(dǎo)致使電池循環(huán)壽命減少問題的方法。鋰離子電池電解液中六氟磷酸鋰及其它新型鋰鹽、溶劑提純、電解液配制、功能添加劑技術(shù)不斷進(jìn)步，而如何提高電池工作電壓，如何改善電池高低溫性能是現(xiàn)在研究方向，目前安全型離子液體電解液以及固體電解質(zhì)均在研制中。聚烯烴微孔膜是現(xiàn)如今鋰離子電池隔膜銷售中的主要產(chǎn)品，而耐高溫、高電壓隔膜將會是未來的主要發(fā)展方向。

（2）單體電池技術(shù)。單體電池形狀主要有圓柱、方形金屬殼（鋁/鋼）和方形軟包散裝，而車用電池組容量大、電池?cái)?shù)量多、管理系統(tǒng)復(fù)雜。目前圓柱電池技術(shù)并不能滿足車用電池需求；方形電池電芯制作方式較多（正極包膜疊片、卷繞+疊片、疊片+卷繞等），制作出的電池容量大，適用于軟極片電池（磷酸鐵鋰和三元材料的電池）。疊片式電池在各材料體系中均適用，可靠性高，與卷饒電池相比壽命較長，例如日產(chǎn)Leaf純電動汽車、Volt插電式混合動力汽車電池均采用疊片式。軟包電池電芯的制作則與方形金屬殼電池類似?？傮w來看，我國單體電池生產(chǎn)正在由半自動向著全自動大規(guī)模制造邁進(jìn)。

（3）電池系統(tǒng)技術(shù)。我國動力電池系統(tǒng)產(chǎn)品存在功能簡單、數(shù)據(jù)采集可靠性較弱，SOE估算精度、熱管理、均衡、安全管理等有待提升，而核心元器件則差距大。電池系統(tǒng)應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化與材料選型兩個方面入手結(jié)構(gòu)抗振、抗沖擊以及輕量化集成優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，并從故障診斷預(yù)測、熱安全監(jiān)測預(yù)警和防控三個方面進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的開展。

4 結(jié)語

綜上所述，對于新能源電動汽車來說鎳氫電池性能要優(yōu)于鉛酸蓄電池，燃料電池和鋰離子電池比與鎳氫電池相比性能性能更佳，但都有著各自難以突破的技術(shù)難題?；阡囯x子電池各項(xiàng)性能和目前技術(shù)研究程度，不久的將來鋰離子電池會被廣泛應(yīng)用于純電動汽車。

參考文獻(xiàn)：

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[2]黃學(xué)杰.電動汽車動力電池技術(shù)研究進(jìn)展[J].科技導(dǎo)報(bào)，2016.endprint