浅析新能源动力电池技术分析动力电池发展

来源:钜大LARGE    2018-05-08    点击量: 114
  去年全球范围发布禁售燃油车时间表,让人们意识到新能源车的时代就要来了,而纯电动车、插电混动、燃料电池车等等,为什么短短几年时间就成为未来的主旋律?一方面是全球战略、政策等方面的支持,另一方面就是动力电池技术的不断提升,更长的续航、更短的充电时间,直接关乎用户的通勤需求,才让新能源车来到我们身边,将来还会取代传统燃油车,与大家的日常出行密不可分。于是就有了人们所说的:“新能源车的发展,就是电池技术的发展。”
 
  目前,能应用到动力电池领域的电池有五种:铅酸电池、镍氢电池、锂电池、氢燃料电池和石墨烯电池。
 
  1、铅酸电池
 
  纯电动汽车最早使用的是铅酸电池,铅及其氧化物制成作为电极材料,硫酸溶液作为电解液,这是现在大部分电动自行车的动力源,低成本是其最大的优势。
 
  不过,因为铅酸电池的能量密度低,从而带来了体积大、容量小等问题,无法满足一台汽车对于自重的控制、驱动力的消耗,乃至每年超过1万公里行程的使用寿命,所以无法大规模用于量产车上,最终被汽车厂商淘汰。
 
  2、镍氢电池
 
  与我们的日常生活很近,从早期的随声听到现在的充电牙刷等小型电器很常见,正极为镍氢的化合物,负极为金属氢化物,其能量密度、充放电次数相比铅酸电池有不小的提升,并且电解液不可燃、安全性有保障,制造工艺成熟,比亚迪在造车之前就是全球第二大的镍氢电池制造商。
 
  不过,因为镍氢电池充电效率一般、有充电有记忆效应、工作电压较低(无法使用高压快充),并不适用于汽车的单一动力源,适合辅助发动机工作。
 
  而从锂电池广泛引用之后,镍氢电池在汽车上也有被完全取代的趋势,如丰田新一代混动系统就采用了更高效的发动机+锂电池组合。相比锂电池,镍氢电池的容量、循环充电的寿命以及环保角度都不占优势,成本的优势也在锂电池大力发展之下被弱化了,这正是镍氢电池逐渐退出汽车领域的原因所在。
 
  3、锂电池
 
  锂电池正是现阶段新能源车的主流选择,锂的化合物(锰酸锂,磷酸铁锂等)作为电极材料,石墨作为负极材料,其优势在于能量密度高、体积小、重量轻、充电效率高。
 
  决定锂电池类型或者说性能的主要因素,在于电池两极的材料,其中正极的材料是现阶段的关键,如主流的磷酸铁锂、三元材料中的钴酸锂、镍钴锰等,在容量、成本、低温充放电、安全性等多个维度上存在差异。
 
  4、磷酸铁锂电池
 
  对于电动车用电池,大多数人可能都鲜有认知,因此,我们不妨举个例子来帮助大家理解。最近,由比亚迪同戴姆勒共同出资成立的全新电动车品牌腾势即将上市销售,而其所搭载的正是磷酸铁锂电池。
 
  相比于早期的锰酸锂电池,磷酸铁锂电池在能量密度上并未有太大差别,约为100-110Wh/kg,但其热稳定性是目前车用锂电池中最好的,当电池温度处于500-600℃高温时,其内部化学成分才开始分解,而同属锂电池的钴酸锂电池在180-250℃时就内部化学成分就已处于不稳定状态。
 
  换而言之,磷酸铁锂电池的安全性在锂电池中首屈一指,也正因如此,其也成为目前电动车电池的主要门类之一。
 
  5、氢燃料电池
 
  大家都知道H2+O2燃烧最终得到的水,所以氢气是非常理想的清洁能源。就氢气本身来说,燃烧可以释放大量的能量、低温表现上佳,最重要的加氢的效率高,加氢只需5分钟就能行驶超过600公里,并且这个数据还有提升的空间,以上这些都要远远优于现有的锂电池。
 
  关于氢燃料电池车投入方面,日、韩两国的车企早就开始了研究,如今已经小范围投入到了各自国家的市场中,如现代NEXO氢燃料电池车,已经大量用于平昌冬奥会并上市销售。
 
  而氢气这么好的能源,为什么不推广?因为以现在的技术获取氢气太难了。大家都学过电解水能得到氢气,但耗费电能去电解水,然后再烧氢气最终变成水,这个过程的用电量和损失还不如直接给锂电池充电,成本太高。而成本、工艺都比较合适的是从石油、天然气里提取,但量并不大,所以燃料电池车“只闻其名、难以推广”。
 
  5、石墨烯电池
 
  对于未来新能源车的动力电池讨论,最靠谱、讨论最多的要属石墨烯电池了,将一些专业角度的解读“翻译”一下就是:用这种材料结合锂电池有两种使用方法,一是用石墨烯的复合材料作为锂电池的导电剂,二是直接用作负极,效果都是增加锂电池的活性,从而提升电动车的续航里程、充电速度。
 
  简单来说,纯电动车的工作原理是“充电直接用电”,氢燃料电池车则是H2+O2“烧成”(化学反应)电能和水,相当于“烧氢”来发电。两种“电池”同样都是零排放,电动车锂电池能力密度更小、低温活性差影响续航,充电速度慢的问题,氢燃料电池完全没有,而且工作效率要高出不少,这正是氢被称为优质能源的原因。
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