> 新能源汽车电池剖析

摘要:电动车电池有铅酸电池、镍氢电池、镍镐电池、锂离子电池、聚合物锂电池、锌空电池、燃料电池等。目前在新能源汽车上得到广泛使用的是铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池。本文主要介绍几种电池的技术和结构特点,相互比较分析,以了解新能源汽车电池。

    0 引言
    新能源汽车电池分为高压电池和低压电池,都是属于直流电源,低压电池大部分还是沿用原来的铅酸材料,高压电池考虑到行驶里程问题,各个汽车公司都不大一样,现来介绍几种电池的特点。

    1 铅酸电池
    铅酸电池使用铅材料作为正负极与硫酸溶液反应产生电能,由于在我国新疆地区发现我国最大铅锌矿所以相比锂离子电池成本较低。而且铅酸电池材料都不易燃,发生意外只能导致周围零部件的燃烧,安全性高。但由于本身能量密度偏低,不能满足新能源汽车行驶里程的要求,目前只作为部分新能源汽车的低压蓄电池使用。

    2 镍氢电池
    丰田PRIUS混合动力汽车高压蓄电池采用168个单格镍氢电池组成,额定电压DC 201.6V。镍氢电池是由含氢氧化镍材料的正极板、含储氢材料的负极板、含氢氧化钾溶液的纤维材料隔板及正极端子、负极端子等组成。高压镍氢电池具有良好的过放电、过充电保护性能,能量密度比铅酸电池高,且循环使用寿命长,低温工作性能良好。镍氢电池在日本发展迅速,在新能源汽车上有良好的体现,未来我国也将在镍氢电池上加大研究力度,争取早日得到广泛使用。

    3 锂离子电池
    锂离子电池在国产新能源汽车上得到了广泛应用,比亚迪秦混合动力汽车高压蓄电池和低压蓄电池都采用的锂离子电池。目前在国内使用最多的是磷酸铁锂电池,其采用磷酸铁锂(LiFeP04)作为正极材料,负极材料是石墨,电解液是醋类溶剂和锂盐。由于醋类溶剂的易燃性,在电池大量放热和汽车碰撞时易发生自燃,所以锂离子电池使用IP67级防护技术进行密封与保护,从源头上减少此类自燃现象发生,安全性相比于前两者较差。
    锂离子电池的能量密度比铅酸和镍氢电池高,一次充电续航里程长,但任然无法满足新能源汽车长途行驶的需求。磷酸铁锂电池还具有服务寿命长、存储性能优异、长期功率衰减小、爬坡动力足、充电速度快及可满足快充和慢充2种充电方式等优点。但低温性能较差,在东北和西北地区无法得到实际应用。由于狸离子电池制造工艺复杂,所以成本高,在环保方面,新能源汽车锂电池建立良好的回收机制,将这些回收的电芯二次利用,集中起来应用于生活当中。
    另外还有三元锂、钻酸锂、锰酸锂、钦酸锂电池等,属于总量相对比较少的锂电池种类。三元聚合物锂电池,简称三元锂电池,是指使用镍钻锰酸锂[Li(NiCoMn) 02]作为正极材料的锂电池,镍盐、钻盐、锰盐取代原有的锂盐,镍钻锰相互之间的比例根据具体情况进行调整。2017年新能源汽车产业新政策对电池行业进行了一系列严格的规范,随着三元锂电池的解禁,改善了新能源汽车的行驶里程问题。三元锂电池相比于磷酸铁埋和锰酸锂电池,电化学性能稳定、低温性能较好、能量密度最高,能有效改善行驶里程问题。但本身安全性和循环寿命一般,其成本最高,高温容易分解,不过三元锂电池还是有巨大的潜力和可研发性的。

    4 燃料电池
    燃料电池是一种将燃料和氧化剂进行化学反应,通过质子交换膜转化为电能的能量转换装置。将燃料(如氢气、甲醇等)和氧化剂(如氧气)分别作为电极的活性物质保存在电池之外,当使用时将燃料和氧化剂输入电池体内,产生电极反应。燃料电池结构主要由集电器、电极和质子交换膜3部分组成。燃料电池的优点是无需依赖石油,排放物只有纯水,理论上实现零排放。但存在氢气来源、存储、安全使用和成本问题,导致氢燃料电池成本过高。

    5 结束语
    动力电池是新能源汽车的3大核心技术之一,掌握了最先进的动力电池技术,就相当于掌握了新能源汽车的未来。动力电池目前存在隔膜材料、电池设计不够优化、电池内阻、一致性、寿命和安全性质量不高等问题,所以未来研发的道路还很长远。