钜大LARGE | 点击量：640次 | 2021年08月11日
新能源车为什么快速崛起？ 动力锂离子电池技术剖析
去年全球范围公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，而纯电动汽车、插电混动、燃料动力锂电池车等等，为甚么短短几年时间就成为将来的主旋律？一方面是全球战略、政策等方面的支持，另一方面就是动力锂离子电池技术的不断提升，更长的续航、更短的充电时间，笔直关乎用户的通勤需求，才让新能源车来到我们身边，未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。”
铅酸蓄电池
纯电动汽车最早使用的是铅酸蓄电池，铅及其氧化物制成作为电极材料，硫酸溶液作为电解液，这是今朝大部分电动自行车的动力源，低成本是其最大的优点。不过，因为铅酸蓄电池的能量密度低，从而带来了体积大、容量小等问题，无法满足一台汽车有关自重的控制、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。
密封包装的铅酸蓄电池包
镍氢电池
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
镍氢电池与我们的日常生活很近，从早期的随声听到今朝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蓄电池有不小的提升，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。
镍氢电池包
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。这方面做得最好的要属丰田，其混合动力系统采用阿特金森发动机+镍氢电池包，阿特金森发动机本身具备中间转速区间高效的优点，却也有着低转速和高转速疲软的问题，而镍氢电池正好能够处理起步与高速动力不足的一大助力。
而从锂离子电池广泛引用之后，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+锂离子电池包合。相比锂离子电池，镍氢电池的容量、循环充电的寿命以及环保角度都不占优点，成本的优点也在锂离子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范畴的原由所在。
锂离子电池
锂离子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，其优点在于能量密度高、体积小、重量轻、充电效率高。决定锂离子电池类型或者说性能的紧要因素，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。
通用集团锂离子电池包
不过无论任何类型，所有锂离子电池包都会面对低温这个“天敌”。不同锂离子电池类型的最佳工作温度虽然有一定差异，但低于最佳区间之后伴随而来的锂离子的活性降低，有关续航里程的影响比较大，这在我们此前的探测中也有所体现：搭载锂离子电池包的电动汽车，北方冬季实际使用中的续航，普遍只能达到理论续航的60%多，最多也就70%左右。
腾势EV400极限里程探测结果
低温的负面影响从电池本身不太好处理，于是众多汽车厂商想方法给电池包加温，新增单独针对动力锂离子电池的控温系统，采用这种做法的大部分品牌车型都有一定缓解用途，但实际效果还算不上出色的处理问题，因为有一些电动汽车控温系统的耗电量，比低温的损失还要大。
帝豪EV450搭载2.0版的ITCS电池智能温控管理系统
在这方面可以有所期望的是，通用集团已经有意向与韩国LG集团合作，采购笔直在电池包内部装备多个温控元器件的产品，不光能与今朝相同给电池散热，还能在寒冷天气提高电池的温度。这项技术的落地值得期望，据悉，通用集团下一轮纯电和插电混动的新车就会使用，取代今朝日立品牌供应的电池包。
氢燃料动力锂电池
大家都了解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，最紧要的加氢的效率高，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离子电池。
有关氢燃料动力锂电池车投入方面，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，如笔者春节前试驾的现代NEXO氢燃料动力锂电池车，已经大量用于平昌冬奥会并上市销售。
现代NEXO氢燃料动力锂电池车
而氢气这么好的能源，为甚么不推广？因为以今朝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笔直给锂离子电池充电，成本太高。而成本、工艺都比较适宜的是从石油、天然气里提取，但量并不大，所以燃料动力锂电池车“只闻其名、难以推广”。
石墨烯电池
有关将来新能源车的动力锂离子电池讨论，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：用这种材料结合锂离子电池有两种使用办法，一是用石墨烯的复合材料作为锂离子电池的导电剂，二是笔直用作负极，效果都是新增锂离子电池的活性，从而提升电动汽车的续航里程、充电速度。
石墨烯-碳化海绵锂氧电池
石墨烯电池可以有效处理锂离子电池的短板，产品特质与新能源车用户使用笔直挂钩。这种材质的好处实在大，而且韩国三星也已经对外公布掌握了这项技术，但成本是一大瓶颈，石墨烯的获取不太容易，早期是用于航天范畴的一种材料，何时、采用什么方式降低成本，将是这项优质产品“飞入寻常百姓家”的一大难题，各个汽车厂商都还没有公布在这方面发力的计划。
石墨烯锂离子电池效果图
简单来说，纯电动汽车的工作原理是“充电笔直用电”，氢燃料动力锂电池车则是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，电动汽车锂离子电池能力密度更小、低温活性差影响续航，充电速度慢的问题，氢燃料动力锂电池完全没有，而且工作效率要高出不少，这正是氢被称为优质能源的原由。
固态锂离子电池
固态锂离子电池顾名思义就是不再使用液态的电解液，采用固态电解质，其能力密度远超今朝的主流的锂离子电池，这意味着纯电动汽车型更高、甚至达到节能型汽油车的续航里程，并且充电效率相比现阶段也有着质的飞跃，据悉装备固态电池的电动汽车，最理想化的充电速度可达到1分钟新增800公里，这可以说是新能源车的最佳核心部件。
现阶段，一些海外的能源、科技公司，以及松下等电池制造商都开始了固态电池的研发，汽车厂商涉及这方面的惟有丰田、本田以及日产三大日系车企，这源于日本国家层面的助推。从已经开始研究固态电池的各方计划来看，预计2020年将在成本、能量密度和加工制造方面有冲破性进展。到2030年才能将这项研发成果落地、在新能源车范畴广泛普及，即离我们还有些远，这也是各大车企公布2025年全球禁售燃油车的应对战略时，并未提及固态电池的原由。
众多车企乃至新造车势力都公布了将来的新能源计划，更多相关内容敬请期望……
总结：
往大了说，环保仿佛全球的一个大方向，电能又是老百姓生活必备的能源，所以以电作为燃料的新能源车最容易实现，过渡最为平滑。从实际的角度来看，2025年禁售燃油车之后，能买到的就惟有新能源车了，一款车的电池要怎么样至关紧要，正如本文所说的电池发展，老的电池类型逐渐成为历史，新的电池技术一些还处于概念阶段，一些只要攻克技术、成本等难题，就未来到大家身边了。
