鋰離子電池在新能源汽車中的應(yīng)用與發(fā)展探討

顧磊

摘 要：在當(dāng)今汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)的革新和能源緊張已經(jīng)成為世界車企共同面對的問題，各個國家在替代傳統(tǒng)燃料汽車的新能源汽車的開發(fā)都取得一定的成績，在應(yīng)用范圍最廣的就是鋰離子電池。隨著我國新能源汽車政策的發(fā)展支持，汽車新能源得到了前所未有的發(fā)展前景，而隨之而來的新能源汽車行業(yè)的上游材料也在這種政策利好形勢下迎來了發(fā)展的最好機遇，世界知名的電池生產(chǎn)企業(yè)紛紛在中國設(shè)廠。持續(xù)增長的新能源汽車市場帶動了電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，但是同時存在無論是純電動的動力電池，還是以氫材料等燃料電池都存在續(xù)航里程和成本控制的挑戰(zhàn)。在此形勢下，鋰離子電池的需求以每年15.7%的速度增長。中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究所材料研究中心團隊在傳統(tǒng)的雙碳結(jié)構(gòu)的雙離子電池基礎(chǔ)上研制出一體化電極鋰離子電池，在此基礎(chǔ)上得到了研發(fā)制造。鋰離子電池具有高工作電壓、低成本、環(huán)保且便于回收等優(yōu)勢很快得到新能源汽車生產(chǎn)廠家的青睞并被應(yīng)用到車輛中。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 鋰離子電池 研發(fā)制造 車輛應(yīng)用

1 鋰離子電池的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

與新能源汽車中其他新能源相比較，鋰離子電池經(jīng)過近10年的研發(fā)和投入使用，在其性能和質(zhì)量等方面有一定的優(yōu)勢。技術(shù)研發(fā)人員通過對鋰離子電池應(yīng)用技術(shù)的完善，推動了新能源汽車的發(fā)展。我國在研發(fā)鋰離子電池過程中也遇到了一些困難，汽車新能源使用的鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)上的材料目前還需要從國外進口，專業(yè)也就使鋰離子電池在研發(fā)和制造工藝和制造水平上受到一些限制，我國科學(xué)技術(shù)研發(fā)人員在鋰離子電池的研發(fā)中仍然需要投入大量的時間和精力去完善鋰離子電子的應(yīng)用技術(shù)。在電池材料中仍處于技術(shù)頂端的是正極材料，目前電池正極材料還存在低溫性能差，壓實密度低，電荷反映不一致，制造材料成本高等影響鋰離子電池量產(chǎn)的缺陷，如何突破技術(shù)，找到更好嵌鋰容量和良好鋰脫嵌可逆性的正極材料是科研有人員急需解決的困局，解決了這些技術(shù)堡壘也就會促使在鋰離子電池的制造生產(chǎn)環(huán)節(jié)中保證鋰離子電池的高電荷電壓、儲能大容量、充放電長循環(huán)周期和量產(chǎn)成本下降等問題。國家部委領(lǐng)導(dǎo)苗圩部長在汽車新技術(shù)科創(chuàng)大會上講到，新能源汽車的發(fā)展還是受到產(chǎn)品端的影響，我國科學(xué)技術(shù)人員要攻堅克難，特別是以動力電池為代表的新型電池產(chǎn)品是突破汽車新能源發(fā)展的瓶頸，科研人員要更好的解決新能源汽車產(chǎn)品的性能、安全可靠性、續(xù)航里程，能量回收和環(huán)境保護等難題，更好的促進新能源汽車得到成熟穩(wěn)定的發(fā)展。

2 鋰離子電池的技術(shù)工作原理

鋰離子電池是使帶電離子在兩個電極間定向移動的裝置，電荷定向移動產(chǎn)生電流供應(yīng)電器工作。鋰離子電池主要以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌（習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負(fù)極用插入或脫插表示）。鋰離子電池在充電和放電的工作過程中，鋰離子會在正負(fù)極兩端不停的進行鋰嵌入和脫鋰嵌的物化反應(yīng)，被生動形象的稱之為“搖椅電池”。鋰離子電池進行充電過程中，電池的正極上就會有鋰離子的生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液物理運動到電池的負(fù)極。而作為負(fù)極板端的活性碳物質(zhì)呈多層狀結(jié)構(gòu)，表面又具有很多的微孔，鋰離子到達這些微孔就非常容易集結(jié)鋰嵌在微孔中，鋰嵌的越多其充電的容量越高。鋰離子電池在放電工作過程中，嵌在負(fù)極氧化碳層中的鋰離子脫嵌，經(jīng)電解液又運動回到電池的正極，回到正極的鋰離子越多，放電的容量也就越高，在充放電的過程中一般會設(shè)置其額度電流大約為0.2C至1C之間，如電流越大，其充電速度也就越快，同時也會帶來電池的溫度升高，同樣過大電流充電會導(dǎo)致容量不夠生成滿額，因為電池內(nèi)部的物化反應(yīng)需要時間，就跟倒啤酒一樣，倒太快的話會產(chǎn)生泡沫，反而不滿。

3 鋰離子電池技術(shù)在新能源汽車中的應(yīng)用

工信部裝備司發(fā)布第330批新車申報公告，其中理想汽車申請4款新產(chǎn)品，3款車型采用寧德時代動力電池。理想ONE目前在售的兩款車型均采用寧德時代的三元鋰電池，容量為40.5kWh，純電續(xù)航里程180公里。此外，理想ONE驅(qū)動電機最大輸出功率240kW，最大扭矩530N·m，百公里加速時間為6.5s。特別是該車系的電池管理系統(tǒng)（BMS）將鋰離子電池組的工作狀態(tài)監(jiān)測及管理集于一體，可以實現(xiàn)對電池的實時監(jiān)控、自動平衡、智能充放電、電壓預(yù)警等功能，在有效保障電池安全的同時，還可以對其電池余量監(jiān)測，提高汽車的續(xù)航里程，從而確保了電池的工作過程安全可靠，并以最佳狀態(tài)輸出動力。

據(jù)媒體報道，特斯拉已與知名的LG電池化學(xué)公司簽署協(xié)議，后者有望將為特斯拉中國上海工程生產(chǎn)的Model-Y供應(yīng)該類電池芯。Model-Y是一款電動SUV，過去特斯拉一直在擴張上海超級工廠，為生產(chǎn)Model-Y做好準(zhǔn)備，最近該公司獲得在華生產(chǎn)的Model-Y的政府批準(zhǔn)。LG電池化學(xué)公司已被特斯拉選為中國產(chǎn)Model-Y的獨家電池供應(yīng)商。目前在中國，特斯拉較便宜的Model3轎車使用寧德時代的磷酸鐵鋰電池，特斯拉還一直在為旗下的電動車型試驗不同的電池化學(xué)成分，LG電池化學(xué)公司的雙離子電池正適應(yīng)于這類長續(xù)航的汽車版本。

4 推創(chuàng)新能源汽車鋰離子電池應(yīng)用途徑的發(fā)展趨勢

首先提升鋰離子電池的創(chuàng)新技術(shù)，在研發(fā)的過程中將創(chuàng)新精神融匯到研發(fā)中，并對鋰離子電池研發(fā)中發(fā)現(xiàn)的問題勇于修正和求證。并在研發(fā)過程中始終對先進技術(shù)的植入和使用。對自主知識技術(shù)的快速轉(zhuǎn)換，時刻保持技術(shù)的前沿性。其次就是提高鋰離子電池的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和性能，雖然限制一些鋰離子電池的性能優(yōu)越于其他傳統(tǒng)電池，在未來發(fā)展中鋰離子電池要想成為新能源汽車的主要動力源，還是要提高其電能儲存量，充電效率，便捷性等方面提升標(biāo)準(zhǔn)和對鋰離子電池的性能完善。再者單純的依靠企業(yè)低鋰離子電池的研究還是具有一些難度和明細(xì)的局限性，我國政府和研究機構(gòu)應(yīng)對新能源汽車鋰離子電池給予重視和出臺相應(yīng)的政策扶持和鼓勵企業(yè)開展電池產(chǎn)業(yè)的研發(fā)工作。通過政府引導(dǎo)讓新能源汽車企業(yè)看到新能源電池汽車的發(fā)展?jié)摿Σ⒎e極投入到鋰離子電池的技術(shù)研發(fā)中，提升企業(yè)的創(chuàng)新生可持續(xù)發(fā)展。

5 綜論

隨著國家對汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和產(chǎn)業(yè)優(yōu)化，新能源汽車在今后的發(fā)展中必然會成為替代燃料類的清潔能源的交通工具之一，最近幾年，國家研發(fā)機構(gòu)和新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)也在不斷的探索和研發(fā)動力電池，特別像寧德時代電池生產(chǎn)企業(yè)和比亞迪新能源車企等一些科技前沿的車企和科研院所，他們不斷在整合鋰離子電池的科技資源，構(gòu)建鋰離子電池的技術(shù)創(chuàng)新平臺和先進的技術(shù)生產(chǎn)平臺，針對鋰離子電池的基礎(chǔ)材料、能量密度、功率性能、續(xù)航壽命、電池測試預(yù)警檢驗等關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計和創(chuàng)新。同時鼓勵和主導(dǎo)科研部門和高等院校聯(lián)盟共創(chuàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)研發(fā)創(chuàng)新，推動鋰離子動力電池培育和孵化和可持續(xù)創(chuàng)新能力。形成集鋰離子電池的關(guān)鍵材料產(chǎn)品研發(fā)和規(guī)?；囯x子動力電池產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)，提升鋰離子電池整體技術(shù)水平，推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

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