电动汽车锂电池技术：比亚迪特斯拉各有软肋

电动汽车在中国、美国及欧盟国家的广泛普及屡受牵制,电池技术的不成熟是原因之一。目前电动汽车采用的电池主要为锂离子电池，在成本、性能、稳定性方面都有待提高。市面上所使用的主流锂电池之一是以特斯拉电动汽车为代表的钴酸锂电池，它普遍运用于小型设备中，综合性能突出，但成本高、安全性差，一度被认为是特斯拉电动车着火的原因。另一种是以比亚迪为代表的磷酸铁锂电池，它稳定可靠，但能量密度低，被大量应用在汽车、储能电站上。除此之外，电池的寿命、体积、充放电和续航能力等也在制约电动汽车产业的发展。

“锂电池技术目前的确有一定的缺陷，但我认为随着科技的发展，在不久的将来都能解决这些问题。实际上，考虑到目前电池技术的成熟度，电动汽车现有的故障率还是相当乐观的。”英国工程技术学会（IET）会士PhilBlythe先生表示，“我相信市场正在拉动电动汽车的发展，人们早晚会研究出合适的解决方案。很多公司也在表示近期会有新的电池技术问世。我个人也认为电动汽车正在向大众认可的主流方向发展，更好、更轻、性能更高的电池将会是市场需求。消费需求推动着科技创新，而消费也正是研发资金来源的保障，电池技术在笔记本电脑和手机领域的革命性突破就是一个很好的例证。”

“电动汽车企业应该让电动汽车技术走向街头，给消费者提供亲身体验的机会。同时，企业需要与当地城市和道路管辖部门紧密合作建设高效的充电设施。另外，企业有责任清楚地告知公众，电动汽车的优势不仅在于降低二氧化碳排放，而且可以减少污染，让城市更清洁，进而提高人们的健康水平。”PhilBlythe先生补充说。

PhilBlythe先生是英国工程技术学会会士和特许工程师，英国皇家工程院电动车辆指导委员会会员，智能交通系统英国电动车辆工作小组主席，纽卡斯尔大学土木工程与地理科学学院智能交通系统教授。他是智能交通领域的专家，研究领域主要集中在科技与政策的融合，包括道路使用管理，智能芯片系统，移动信息提交系统等方面，在许多国际性的，欧洲和国家的机构中占有一席之地。Phil先生近期在英国和欧洲引领了大量关于电动车辆及其相关联的基础设施建设的研究。

电动汽车等待对的电池

如果你有幸造访美国加州像拉霍亚(LaJolla)这些超级富豪云集的地区,或者去到像芒廷维尤(MountainView)这些高科技公司扎堆的地方,就有机会领略未来。

确切地说,领略汽车业未来。特斯拉、日产聆风和丰田普锐斯或类似的汽车,在路面上比比皆是。电动汽车和混合动力汽车与普通燃油汽车在车流中交相辉映；许多企业、购买中心和家庭也都安装了充电桩。

如果电动汽车厂商们果真如愿以偿,这就是我们在某个时段都会置身于其中的未来;汽车厂商们正不惜投入巨资,让这一幕成为现实。问题是,将小片地区的需求变成全国地区的需求有多容易?

在加州另一处,埃隆·马斯克(ElonMusk)创办的特斯拉汽车公司(TeslaMotors)最近提议计划,在尚未披露的美国西南地区新建一家巨型电池工厂(具体厂址成了热议话题)。这个所谓的“千兆工厂”预计造价高达50亿美元,定于2020年生产的锂离子电池可满足50万辆汽车的需求——年产量超过2013年全球年产量。

可是一些人士认为,等到这家工厂破土开张,特斯拉的计划到时似乎就过时了。IHSAutomotive是领先的全球汽车业务情报提供商,该公司的高级规划主管菲尔·戈特认为,特斯拉的宏伟计划“恐怕考虑欠周”。原因是,正在研发的新技术有望提供更出色的替代技术,解决专家们所说的电动汽车面临的最大阻碍因素之一。

电动汽车面临的这个问题就是,电池又大又重；因而,安装上去的电池数量很有限。比如说,特斯拉ModelS的锂电池组平铺在汽车地板上,大概长2米、宽1.2米。在顶级配置车型中,锂电池组提供大约300英里(482公里)的行驶里程,之后就需要插入充电桩充电。日产聆风充一次电可以跑80英里(128公里)左右。除此之外,充电过程比起只需加油要慢得多。

那么,如何才能生产出性能更好的电池?从最基本层面来说,电池含有正负极、隔板和电解质。许多不同类型的材料可以用作电解质,不同的材料组合让电池可以贮存不同数量的能量。不过,要是材料发生变化,电池续航时间和安全特征也随之变化,所以总是少不了折中办法。锂离子电池大行其道,但发生过锂电池在飞机上短路起火的事件,因而携带受严格限制。任何活性更强或不稳定的电池都有安全隐患。不过,如果设计出最佳的材料组合,有望获得巨大回报。

在最近研究工作之前的数十年中,电池技术已得到了一系列改进。

最先问世的是铅酸电池,这种电池今天仍然广泛应用于汽车,它们个头庞大。接着出现了镍镉(NiCad)电池,这种可充电电池由此开启了便携式技术唱主角的新时代:笔记本电脑和手机等移动设备,还有我们小时候的遥控汽车。再后来出现了镍氢(NiMH)电池,电池容量或能量密度大概翻了一番。现在,现代化的设备和电动汽车普遍使用锂离子(Li-ion)电池。

展望未来,准备迎接名字越来越复杂的电池技术,比如锂镍锰钴氧(LiNiMnCo)电池。这种材料的特性很复杂;眼下,研究人员致力于不仅搞清楚为何这些材料能工作,还要搞清楚如何工作——电子在材料中移动的基本物理原理。

丹尼尔·亚伯拉罕(DanielAbraham)是美国阿尔贡国家实验室的材料科学家,他说:“我们阿尔贡国家实验室在研究一些材料,它们有望将电池当前的能量密度提高一倍。我们先梦想或设想想要处理的材料,然后努力在实验室合成材料。”

目前,备受瞩目的几种电池包括:锂空气电池(更确切地说是锂氧气电池)和锂硫电池。若能做到可以在各种条件下正常工作,锂氧气电池的性能有望比目前的锂离子电池大幅提升,提高整整一个数量级。亚伯拉罕说:“这是当前一个非常热门的研究领域。”

的确,大众汽车公司最近暗示,它在研究锂空气电池。由于开发工作还没有最终完成,大众采用的具体的化学/材料组合还没有透露。这家公司的工程师们甚至不愿表示这项技术已在汽车中进行了测试,还是仍处在“实验台”阶段。

不过,虽然这项技术有望带来变革,但想要生产出工作起来持续、可靠、安全的锂空气电池,还面临一大堆技术挑战。到目前为止,试验证明电极很不稳定。

不过世界各地的实验室正在努力破解这个难题,试图克服种种缺点。但愿更重视这些“超锂离子”技术,会确保研发过程加快,并从长远来看,确保汽车跑得更快、跑得更远。

电动汽车强“心脏”：4种电池技术分析

电动汽车的发展离不开电池的革新，在许多文章中都有提到过电动汽车的电池的续航能力、充电不便等电动汽车目前面临的问题。在我们在抱怨的时候，电动汽车的电池技术真的在止步不前吗？其实不是这样的，大厂商也在不断地革新着电动汽车的电池质量和电容量的问题。目前市场上有这样几种电池：铅酸蓄电池、磷酸铁锰锂电池、磷酸铁锂电池、钴酸锂电池和三元聚合物锂电池等，而且目前电动汽车的续航能力也得到了改善，那么，现在的电池技术的具体情况如何呢？

铅酸蓄电池是平日里最常见的电池，主要的优点是电压稳定、价格便宜，但同时也存在着比能低、使用寿命短和日常维护频繁等问题。在国内，铅酸蓄电池在国内的低速电动汽车上的应用很是普遍，除了上面提到的优点外，这种电池的价格也比其他的电池价格低。铅酸蓄电池有2V、4V、6V、8V、12V和24V等系列，容量从200mAh到3000mAh。那么现在算一下铅酸蓄电池的放电时长，这里有个公式，可以用来粗略的计算一下：额定容量×放电容量倍率×〔1＋温度系数×（环境温度－25）〕/放电电流=放电时长。铅酸蓄电池虽然价格低廉，但是电池的续航能力比较低。所以，电动汽车上的完全由这种电池来提供能源并不是太合适。

磷酸铁锰锂电池：比亚迪的电池技术

近日，比亚迪董事长王传福表示，比亚迪最新研究的磷酸铁锰锂电池突破了传统的磷酸铁锂电池的能量密度限制，达到了三元材料水平，而在成本控制上比普通的磷酸铁锂更加优秀，而且已经应用在了比亚迪电动车上，续航能力得到了大幅度的提升。

在比亚迪秦这款电动汽车上便应用了该种电池，这款电池就是在磷酸铁锂路线下的改进型，叫磷酸铁锰锂，就是在材料里面添加锰元素。这种电池的能量密度已经达到了三元材料的密度。在续航能力上比现在的磷酸铁锂电池更加的持久，由于目前没有得到确切的价格消息，所以暂时不予比较。

磷酸铁锂电池：电动汽车电池的另一种选择

磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池，主要用作动力电池，而且它的放电效率较高，倍率放电情况下充放电效率可达到90%以上，而铅酸电池大约为80%。在电池中，磷酸铁锂电池的安全性也高于其他的电池，理论寿命可以达到7~8年，实际使用寿命大约为3~5年，性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。

下面再来说说它的缺点，磷酸铁锂电池的价格高于其他类型的电池，而且，电池容量较小，续行里程短，而且报废后基本上不能回收再利用，没有可回收价值。综上所述，磷酸锂铁电池在电动汽车上的应用，会使整体的成本提升，而且电池不可回收利用，这样会造成资源的浪费和消耗。

钴酸锂电池：TESLA的专属电池

TESLA电动车的电池采用了松下提供的NCA系列（镍钴铝体系）18650钴酸锂电池，单颗电池容量为3100毫安时。TESLA采用了电池组的战略，85kWh的MODELS的电池单元一共运用了8142个18650锂电池，工程师首先将这些电池以砖、片逐一平均分配最终组成一整个电池包，电池包位于车身底板。

钴酸锂电池具有结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差而且成本非常高，主要用于中小型号电芯，标称电压3.7V。TESLA把这样的电池组合到一起，安全性就成了一个很需要关注的问题，TESLA的工程师在电池包内的保险装置分布到每一节18650钴酸锂电池，每一节18650钴酸锂电池两端均设有保险丝，当电池出现过热或电流过大时，保险丝会切断，以此避免因某个电池出现异常情况（过热或电流过大）时影响到整个电池包。那么，就此来看，钴酸锂电池虽然本身存在着缺陷，但是在TESLA的工程师的包装上安全性基本上可以忽略。显然，这样的解决方案还是很适合在纯电动汽车上发展。

钴酸锂电池组相对于其他的电池来说续航里程、电池总容量也相对于其他的电池要高，如果钴酸锂电池的安全性再提高一点，那么其在电动汽车上的推广便可以不仅在特斯拉上。电池技术目前仍在不断地进行着革新，目前三元锂电池的时代在慢慢到来（磷酸铁锰锂电池便是三元锂电池的一种），那么，电动汽车的发展，在未来还会不会受电池的禁锢呢？在小编看来，电池不会再成为电动汽车发展路途上的羁绊，最核心的问题正在慢慢的化解。