姬超

摘 要：電動(dòng)汽車(chē)是最具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉雌?chē)，以電力為驅(qū)動(dòng)，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(dòng)汽車(chē)對(duì)其電池技術(shù)進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；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(chē)所造成的環(huán)境和能源問(wèn)題愈加突出，汽車(chē)行業(yè)發(fā)展受阻。目前我國(guó)科研機(jī)構(gòu)和汽車(chē)制造企業(yè)都加大了對(duì)新能源電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)力度，以期解決現(xiàn)存電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)難題。

1 新能源電動(dòng)車(chē)電池技術(shù)

根據(jù)能源供給類(lèi)型的不同，電動(dòng)汽車(chē)可分為純電動(dòng)車(chē)、混合電動(dòng)車(chē)和燃料電池電動(dòng)車(chē)，且這三種電動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)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(wèn)題。

2 新能源電動(dòng)車(chē)電池技術(shù)對(duì)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(shí)間較長(zhǎng)，這些特點(diǎn)致使其在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的推廣受到很大制約。同時(shí)，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(chǎng)合，例如目前已投入使用的電動(dòng)觀(guān)光車(chē)、電動(dòng)叉車(chē)、短途電動(dòng)公交車(chē)等。

（2）鎳氫電池（NiMH）。由鎘鎳電池發(fā)展而來(lái)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(shí)間短、容量大、放電深度大，更有著耐過(guò)充和過(guò)度放電等優(yōu)點(diǎn)，但是由于金屬鎳價(jià)格較昂貴對(duì)其在在電動(dòng)車(chē)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(lái)鎳氫電池會(huì)成為混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)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(chē)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(chǔ)能的過(guò)程。氫燃料電池不僅供電效率高、功率密度高，也有著無(wú)污染和可循環(huán)利用的優(yōu)點(diǎn)。但是其造價(jià)太高、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，制造和存儲(chǔ)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(lái)說(shuō)，燃料電池電動(dòng)車(chē)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(lái)肯定會(huì)成為解決能源危機(jī)的動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)車(chē)電池。但鋰離子電池在快速放電性能、價(jià)格、過(guò)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(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用中。目前各國(guó)汽車(chē)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(dòng)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(dòng)電動(dòng)汽車(chē)，與錳酸鋰混合也可用于制造車(chē)用動(dòng)力電池。磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)已滿(mǎn)足客車(chē)和專(zhuān)用車(chē)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(wú)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(wèn)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(xiāo)售中的主要產(chǎn)品，而耐高溫、高電壓隔膜將會(huì)是未來(lái)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(chē)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(mǎn)足車(chē)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(zhǎng)，例如日產(chǎn)Leaf純電動(dòng)汽車(chē)、Volt插電式混合動(dòng)力汽車(chē)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(lèi)似。總體來(lái)看，我國(guó)單體電池生產(chǎn)正在由半自動(dòng)向著全自動(dòng)大規(guī)模制造邁進(jìn)。

（3）電池系統(tǒng)技術(shù)。我國(guó)動(dòng)力電池系統(tǒng)產(chǎn)品存在功能簡(jiǎn)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(gè)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(cè)、熱安全監(jiān)測(cè)預(yù)警和防控三個(gè)方面進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)展。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于新能源電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)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(lái)鋰離子電池會(huì)被廣泛應(yīng)用于純電動(dòng)汽車(chē)。

參考文獻(xiàn)：

[1]文曉明.電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)研究與展望[J].汽車(chē)零部件，2015.

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