电动汽车动力锂电池的未来

动力锂电池，作为电动汽车的“心脏”，一直饱受关注。对于生产商来说，如何以最低的成本生产出最大容量的电池是在市场竞争中出奇制胜的关键之一；而对于用户而言，电池能不能满足持久续航里程同其安全性能几乎同等重要；而对于环境保护，一方面电池的材料来源是否清洁很重要，另一方面废电池的绿色回收利用也不容忽视。

市场现状：锂电池一枝独秀

目前，在新能源汽车动力锂电池方面，锂电池应用最广。已经市场化的锂电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等产品。国内新能源汽车所用的动力锂电池，主流的有磷酸铁锂和三元材料。磷酸铁锂电池以比亚迪为代表，三元锂电池则主要使用在特斯拉、北汽、江淮、吉利的纯电动汽车上。

国内电池正极材料以磷酸铁锂为主，但是磷酸铁锂电池能量密度低，低温性能较差，导致新能源汽车续航能力差，因此磷酸铁锂电池的应用有一定的局限性。三元材料具有较高的能量密度，对提高新能源汽车的续航能力意义重大，一旦其安全性得到解决，三元材料势必会占据正极材料主流市场。

未来猜想：百花齐放才是春

1、燃料电池

早在1839年，利用氢气作为燃料发电的燃料电池就被人类发明了。而在人类进入21世纪后的今天，环境污染的日益严重以及石油资源的日益短缺，迫切需要人类尽早实现燃料电池电动汽车的商业化，以解决环境污染和石油短缺的问题。

燃料电池的优势最主要有两点：燃料多样性和高性能。

燃料多样性：现代种类繁多的燃料电池中，虽然仍以氢气为主要燃料，但配备的电池系统可以从碳氢化合物或醇类燃料中萃取出氢元素来利用。此外如垃圾掩埋场、废水处理场中厌氧微生物分解产生的沼气也是燃料的一大来源。另外，可用来将水电解产生氢气，再供给至燃料电池，如此亦可将水看成是未经转化的燃料，实现完全零排放的能源系统。高效能：由于燃料电池的原理系经由化学能直接转换为电能，而非产生大量废气与废热的燃烧作用，现今利用碳氢燃料的发电系统电能的转换效率可达40~50%；直接使用氢气的系统效率更可超过50%；发电设施若与燃气涡轮机并用，则整体效率可超过60%；若再将电池排放的废热加以回收利用，则燃料能量的利用率可超过85%。目前用于车辆的燃料电池其能量转换率约为传统内燃机的3倍以上，内燃引擎的热效率约在10~20%之谱。

现在燃料电池已从早期的能量密度50～80W·h/kg提高到1000W·h/kg，比当前流行的锂离子电池能量密度150～300W·h/kg高出了许多。1OZ（盎司，=28.35g）燃料电池所释放出的能量是900mA·h的锂离子电池的2倍以上。理论计算表明，燃料电池所能提供的能量是同样重量锂离子电池所能提供能量的3倍，最大极限值是30倍。

当然，燃料电池的劣势主要是价格和技术上存在一些瓶颈，但既然是未来猜想，这问题就不讨论了。

2、太阳能电池

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，发明至今也有50多年历史，应用范围广泛，可以长期使用，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。

今年7月，汉能控股集团向全球发布了4款以太阳能为核心动力的电动汽车，引起了业界关注。据介绍，在此次推出的4款全太阳能动力汽车中，车身表面覆盖的砷化镓薄膜面积在3.5平米到7.5平米左右，以HanergySolarA为例，每天在充足的阳光下日照5-6小时，大约可以发8-10度电，这些电能可以保证太阳能汽车行驶80公里左右；而按照正常上班族的通勤距离，每天80公里完全可以满足日常使用。

目前，在标准日照条件(1000瓦/平方米)下，1平方米的太阳能电池板上输出的电功率为130至180瓦，光电转换的效率平均在13%至18%。在未来，太阳能电池如果要在电动汽车领域广泛应用，能量转化效率得更高才行。3、超容量电容器

超级电容器，又叫双电层电容器、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应。

超级电容具备较高的功率密度，可在短时间内放出几百到几千安培的电流，充电速度快，可在几十秒到几分钟内完成充电过程。超级电容公交车和有轨电车就是利用此特性在短时间内完成充电，驱动车辆前进。

由于超级电容的充放电过程损耗极小，因此在理论上其循环寿命为无穷，实际可达100000次以上，比电池高10~100倍。

此外，超级电容充放电过程中发生的电荷转移大部分都在电极活性物质表面进行，所以容量随温度衰减非常小，而通常锂离子电池在低温下容量衰减幅度甚至高达70%。

不过，超级电容能量密度太低，仅为锂离子电池的1/20左右，约10wh/kg。因此不能作为电动汽车主电源。但在未来，当路面充电网络成为现实之后，超级电容很有可能垄断整个新能源汽车产业的电池供应。但在此之前城市公交应该是最早可以采用超级电容作为动力锂电池的车型，因为近乎等距离的公交站台为秒充续航提供了条件。

电池回收：化作春泥更护花

近年来，在绿色环保的时代背景下，我国新能源汽车发展迅猛，随着新能源车的大量应用，车用动力锂电池不久将面临报废退役的时间点。

据中国汽车技术研究中心专家预测，到2020年，我国电动汽车动力锂电池累计报废量将达到12万~17万吨的规模。如果将这些退役电池直接用于资源回收，不免造成浪费，而将其功能发挥到最大的有效途径就是梯级利用，之后再作为资源回收利用。这是众多专家希望达到的一个有效路径，然而实现起来并不是一件容易的事。

目前，对退役电池的处理方法可以分为物理回收、化学回收两类。化学回收中，主要有高温冶金法和湿法冶金法两种方法。而物理回收，则是用低温降低锂化合物的化学反应活性来进行处理。具体采用哪种方法，根据电池种类不同，数量不同，后续投入领域不同，选择的方式也不同。但是需要注意的是，由于流程和处理方式的复杂性，在回收和处理的每一步流程都有二次污染的可能性。

在未来，电池回收应该分为两个方面，一是提高梯级利用技术，二推广新型环保电池。显然，相对前者，后者才能在根本上解决电池污染问题。