钜大LARGE | 点击量：982次 | 2022年03月28日
浅谈动力锂离子电池技术发展大剖析
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、燃料动力电池车等等，为何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，另一方面就是动力锂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。
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，无法满足一台汽车关于自重的控制、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。
密封包装的铅酸电池组
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。
镍氢电池组
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＋镍氢电池组，阿特金森发动机本身具备中间转速区间高效的优势，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解决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＋锂离子电池组合。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势，成本的优势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领域的原因所在。
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，其优势在于能量密度高、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重要因素，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组
不过无论任何类型，所有锂离子电池组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，关于续航里程的影响比较大，这在我们此前的测试中也有所体现：搭载锂离子电池组的电动汽车，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极限里程测试结果
低温的负面影响从电池本身不太好解决，于是众多汽车厂商想办法给电池组加温，新增单独针对动力锂电池的控温系统，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解决问题，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待的是，通用集团已经有意向与韩国LG集团合作，采购直接在电池组内部装备多个温控元器件的产品，不光能与现在相同给电池散热，还能在寒冷天气提高电池的温度。这项技术的落地值得期待，据悉，通用集团下一轮纯电和插电混动的新车就会使用，取代现在日立品牌供应的电池组。
氢燃料动力电池
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离子电池。
有关氢燃料动力电池车投入方面，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氢燃料动力电池车
而氢气这么好的能源，为何不推广？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离子电池充电，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，所以燃料动力电池车只闻其名、难以推广。
石墨烯电池
关于未来新能源车的动力锂电池讨论，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方法，一是用石墨烯的复合材料作为锂离子电池的导电剂，二是直接用作负极，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解决锂离子电池的短板，产品特质与新能源车用户使用直接挂钩。这种材质的好处确实大，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，早期是用于航天领域的一种材料，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直接用电，氢燃料动力电池车则是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。
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，其能力密度远超现在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只有丰田、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、能量密度和生产制造方面有突破性进展。到2030年才能将这项研发成果落地、在新能源车领域广泛普及，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因。
