電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池性能發(fā)展趨勢(shì)探析

李學(xué)楠，崔炎

（河南省工業(yè)科技學(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453000）

當(dāng)前是一個(gè)經(jīng)濟(jì)全球化時(shí)代，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)制造行業(yè)發(fā)展要與時(shí)俱進(jìn)，跟上時(shí)代前進(jìn)的腳步。電動(dòng)汽車(chē)制造生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)力電力技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)是極其重要的一個(gè)工作環(huán)節(jié)，動(dòng)力電池各項(xiàng)性能的全面提高才能夠推動(dòng)我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)地發(fā)展，確保電動(dòng)汽車(chē)制造企業(yè)在最低成本下創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也被汽車(chē)市場(chǎng)消費(fèi)用戶所接受認(rèn)可。當(dāng)前被廣泛應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)制造中動(dòng)力電池主要包括了3種，分別是鉛酸電池、鎳氫電池以及鋰離子電池，其中鋰離子電池技術(shù)在安全性方面取得了實(shí)質(zhì)性的突破進(jìn)展。

1 當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的應(yīng)用發(fā)展情況

1.1 鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池被廣泛應(yīng)用在汽車(chē)行業(yè)領(lǐng)域，其通常作為內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)內(nèi)部多種電子設(shè)備及電器的電池。鉛酸蓄電池性能指標(biāo)及其在電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用情況如下表1所示。目前市場(chǎng)上的鉛酸蓄電池能量密度循環(huán)使用次數(shù)存在著較為嚴(yán)重的限制，難以被廣泛應(yīng)用在未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)制造行業(yè)，只能應(yīng)用在短途行駛的觀光車(chē)或者叉車(chē)等。鉛酸蓄電池最為顯著的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)就是成本低廉、性能可靠以及技術(shù)成熟，但是其電池容量較小、使用壽命較短，不適宜應(yīng)用在未來(lái)純電動(dòng)車(chē)制造生產(chǎn)活動(dòng)中。鉛酸電池作為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的研究重點(diǎn)，有待解決的問(wèn)題包括了比能量低以及電池容量壽命短等。針對(duì)于此，相關(guān)技術(shù)人員可以通過(guò)采用小密度的非腐蝕性容器有效提高比能量，將適量碳減輕硫化物投放在活性物質(zhì)中能夠降低對(duì)電池容量使用壽命的影響。

1.2 氫鎳電池

氫鎳電池在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)具有最強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)影響力，與傳統(tǒng)鉛酸電池相比較，氫鎳電池具有更高的比能量和比功率，并且氫鎳電池對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染。當(dāng)前在電動(dòng)汽車(chē)制造行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的就是氫鎳電池技術(shù)，其減排能夠達(dá)到90%以上。鎳氫電池的性能指標(biāo)及其在電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用情況如表2所示。

鎳氫電池在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)應(yīng)用受限的原因主要包括了成本較高、高溫時(shí)充電耐受性、低溫時(shí)電池容量減小。鎳氫電池的應(yīng)用過(guò)程中過(guò)放電會(huì)導(dǎo)致永久性損傷，相關(guān)荷電狀態(tài)需要有效限制在一個(gè)較小范圍內(nèi)，電池能量使用率偏低，用戶駕駛成本提高。針對(duì)鎳氫電池在惡劣環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)比功率大幅度下降的問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)研究人員可以通過(guò)采取提高金屬氫化物電極表面催化劑活性的方式，全面提高鎳氫電池高速充放的電功率和電池容量。

1.3 鋰離子電池

當(dāng)前在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)中，被廣泛應(yīng)用的鋰離子電池以碳為陽(yáng)極、以二氧化錳酸鋰為陰極、以碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯溶解六氟磷酸鋰溶液為電解液。該類(lèi)型鋰離子電池的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)是比能量較大、質(zhì)量輕并結(jié)實(shí)。鋰離子電池的性能指標(biāo)及其在電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用情況如表3。

表1 鉛酸蓄電池的性能指標(biāo)及其在電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用情況

表2 鎳氫電池的性能指標(biāo)及其在電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用情況

表3 鋰離子電池的性能指標(biāo)及其在電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用情況

當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)中運(yùn)用的鋰離子電池以小容量和低功率電池為主，還未出現(xiàn)大批量研發(fā)生產(chǎn)大容量高功率鋰離子電池的情況，導(dǎo)致該局面的原因是鋰離子電池均衡充電技術(shù)不夠成熟完善。隨著時(shí)間的不斷推移，未來(lái)鋰離子電池技術(shù)研發(fā)應(yīng)用將會(huì)在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。由圖1所示，為電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)常用的幾種電池性能比較。

圖1 電動(dòng)汽車(chē)電池性能比較

2 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池性能未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 鉛酸電池發(fā)展趨勢(shì)分析

鉛酸電池雖然具備了成本價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，廣泛被應(yīng)用在旅游景點(diǎn)觀光車(chē)、工廠叉車(chē)以及短途汽車(chē)匯總，但是在最新的鉛酸電池應(yīng)用中存在著循環(huán)次數(shù)和能量密度的一定限制，不利于電池的循環(huán)利用。在未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)中，要想將鉛酸電池作為民用電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池是不太切實(shí)際的，更多是考慮應(yīng)用在輕度混合汽車(chē)中。超級(jí)電池的研發(fā)生產(chǎn)被外界所看好，同時(shí)也是未來(lái)動(dòng)力電池研究熱點(diǎn)之一，其具有使用壽命長(zhǎng)、功率密度高以及成本價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，并且未使用過(guò)多的鉛量。與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比較，超級(jí)電池能夠在更廣范圍荷電狀態(tài)下進(jìn)行正常穩(wěn)定地運(yùn)行，最大程度滿足自放電、功率以及冷啟動(dòng)的需求。與此同時(shí)，超級(jí)電池在混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)的使用測(cè)試工作中，有效證明了其容量、循環(huán)性能、冷啟動(dòng)性能以及自放電性能都能夠符合市場(chǎng)混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)的相關(guān)運(yùn)行要求，并且超級(jí)電池的生產(chǎn)成本還低于氫鎳電池，具備了良好的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)應(yīng)用前景，適宜被應(yīng)用在小型或者中型電動(dòng)汽車(chē)制造中。

2.2 氫鎳電池發(fā)展趨勢(shì)分析

氫鎳電池在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于較高的比功率和比能量，但是在實(shí)際研發(fā)生產(chǎn)氫鎳電池過(guò)程中，工作人員需要投入使用大量的鎳和鈷資源，這樣一來(lái)就導(dǎo)致了氫鎳電池造價(jià)成本的急劇上升。隨著社會(huì)中鎳和鈷資源的不斷開(kāi)采減少，將會(huì)持續(xù)提高氫鎳電池在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的使用價(jià)格。在當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)中，氫鎳電池的應(yīng)用主要集中在混合動(dòng)力車(chē)研發(fā)制造工作中，未來(lái)一段時(shí)間伴隨著鋰離子電池技術(shù)的不斷成熟完善，鋰離子電池將會(huì)實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn)，同時(shí)其造價(jià)成本也會(huì)有所降低，這樣就會(huì)促使鋰離子電池完全取代了氫鎳電池在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)上的所占份額。就比如，在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)中，豐田就宣布了在最新一代車(chē)型普銳斯中將不會(huì)再沿用傳統(tǒng)氫鎳電池，而會(huì)采用最新的鋰離子電池。氫鎳電池在接下來(lái)一段時(shí)間內(nèi)將會(huì)被當(dāng)作是電動(dòng)汽車(chē)過(guò)渡生產(chǎn)階段采用的動(dòng)力電池，未來(lái)發(fā)展前景不被世人所看好。

2.3 鋰離子電池發(fā)展趨勢(shì)分析

隨著鋰離子電池技術(shù)的創(chuàng)新完善發(fā)展，鋰離子電池已經(jīng)成為全球各國(guó)能量存儲(chǔ)技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)內(nèi)容。目前，鋰離子電池技術(shù)面臨著最大的困境是需要持續(xù)擴(kuò)大電池容量，并且確保其循環(huán)使用次數(shù)和安全使用性不受影響，能夠一定程度減小其造價(jià)成本。雖然，當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)上仍然在普遍采用價(jià)格成本低的傳統(tǒng)鉛酸電池，但是在國(guó)家“節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保”政策號(hào)召下，未來(lái)鋰離子電池技術(shù)將具有很好的應(yīng)用發(fā)展前景。當(dāng)鋰離子能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模發(fā)生，生產(chǎn)成本也會(huì)有所下降，這樣鋰離子電池高能量密度、續(xù)航能力強(qiáng)以及輸出功率高的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)就能夠淋漓盡致的發(fā)揮出來(lái)，鋰離子電池也會(huì)自然而然地成為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的最佳動(dòng)力電池。在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)中，廣為人知的電動(dòng)車(chē)廠商特斯拉汽車(chē)公司就是采用了松下公司為其特別定制的鋰離子電池系統(tǒng)，大型鋰離子電池企業(yè)與電動(dòng)汽車(chē)公司巨頭的強(qiáng)強(qiáng)合作，能夠最大程度提高電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)地綜合實(shí)力，充分保障電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池研發(fā)的需求資金和技術(shù)人才資源。同時(shí)，還可以有效加快電動(dòng)汽車(chē)與最先進(jìn)動(dòng)力電池的接口融合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)高速穩(wěn)定地持續(xù)發(fā)展，為人類(lèi)社會(huì)創(chuàng)造出更多的價(jià)值作用。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，要想保障電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)穩(wěn)定持續(xù)地發(fā)展，就必須高度重視電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)工作，汽車(chē)制造廠商要結(jié)合不同類(lèi)型動(dòng)力電池的使用性能，有針對(duì)性提高電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的功率、能力，這樣才能夠有效增加電動(dòng)汽車(chē)使用性能，延長(zhǎng)其使用壽命和續(xù)航行駛里程。