新能源汽車電池技術創新研究

何崇文 裴慶帥 張要強 劉一品

【摘 要】在國家的大力支持下，如今我國的新能源汽車行業獲得快速發展。以新能源汽車的構造來看，其動力來源為電池。運用電力驅動運行，所以運行效率高、排放量低、噪音小，得到了社會各界高度認可。為了推動新能源汽車發展，有必要充分結合當前新能源汽車電池技術情況，探索新時期發展方向，推動技術進步與革新。

【關鍵詞】新能源汽車;電池技術;創新研究

前言：

過去的內燃機汽車運行消耗非常多的能源，且會污染和影響生態環境，不利于生態文明發展。當前國內科研與汽車制造產業大力研發新能源電池汽車，為的是有效應對電動汽車的電池技術。在新能源汽車出現之后，國內汽車行業發生了翻天覆地的變化，有效緩和了過去能源不足的問題。從某些角度來說，新能源汽車研發，是構建生態文明社會，推動汽車產業發展的關鍵。開發新能源汽車的過程中，最重要的事情就是認真研究新能源汽車的電池。

一、新能源汽車電池技術發展的意義

新能源汽車的核心是電池，因此電池技術的發展直接制約新能源汽車的整體發展。例如世博集團電池系統公司總裁Karsten Hang博士曾經提出“在短時間內電動車受限于電池能量密度和持續里程的制約”。可見如何提高電池技術發展是新能源汽車產業發展所必須要解決的問題之一。實踐證明加強新能源汽車電池技術具有重要的現實意義：首先加強新能源汽車電池技術發展是提高新能源汽車性能的關鍵。電池是新能源汽車的核心，完善新能源汽車電池技術不僅可以解決新能源汽車行駛里程的問題，而且還能有效降低汽車行駛中的噪音問題，大大提高了新能源汽車的舒適度，滿足了消費者的要求;其次電池技術發展也是降低電池成本的重要舉措。

二、現階段新能源汽車的主要電池技術

（一）鉛酸蓄電池

這種電池使用稀硫酸電解液，包括正極板、負極板一共兩個部分。該電池的性能指標存在比功率較小、比能量較小的情況，無法重復循環使用電池。每一次充電都會消耗很多的時間。在以上種種因素作用下，電動車領域并沒有充分利用該技術。當然這種電池有著完善的技術，能夠大規模生產，進而壓低造價，所以仍有一定發展環境。目前要求低、行程短的汽車仍在使用該技術。比如電動叉車、電動觀光車。

（二）鎳氫電池

這種電池以鎘鎳電池為基礎，其正極為堿式氧化鎳與電解液，負極為吸氫和金。鎳氫電池容量大、充電時間短。當然這種電池因為造價比較高，所以并不能大范圍普及和使用。相較于鋰電子，這種電池的能量密度比較小，不過勝在有著極強的穩定性。未來這種電池很有可能會成為混合動力電動車主力資源。

（三）燃料電池

該電池包括三個部分分別是電解質隔膜、正極與負極。當前國內燃料電池幾乎全是氫燃料電池，被汽車制造產業廣泛使用，只需要空氣與燃料，不需要充電過程。這種電池有著很高的功率密度和供電效率，對生態環境造成的影響幾乎可以忽略。不過這種電池同樣有著生產、儲存成本高的問題，需要很長的啟動時間。從當前的社會狀況可以了解到，目前燃料電池電動車雖然已經在開發和準備面世，但仍有許多問題需要處理，所以做不到短時間廣泛普及。

（四）單體電池

單體電池有很多種形狀，比如方形和圓柱形。車用電池組通常有著非常大的容量，電池的數量又多又復雜。從結構特征來看，圓柱電池并不能滿足當前的電動車電池需求。方形電池有著許多種電芯制作方法，包括卷繞疊片、正極包膜疊片。方形電池有著很大的容量，被廣泛用于軟極電池。疊片電池可以用在各種各樣的材料之中，有著很強的穩定性。相較于卷繞電池，單體電池使用周期更長。

（五）電池系統

動力電池操作簡單，安全管理、熱管理不夠完善、數據采集不夠穩定，核心單元存在比較大的差異。電池系統有必要從材料選擇、結構優化出發，深入研究結構抗沖擊與抗振要求，從安全檢測、故障判斷等角度切入研究。

三、新能源汽車動力電池應用分析

（一）鋰電池的應用

鋰電池是目前新能源汽車市場上應用最為廣泛一種動力電池，就比如著名電動汽車廠商特斯拉采用的就是三元鋰電池，該動力電池的優勢在于安全性較好、功率密度較為均衡等。然而由于特斯拉電源管理技術無法解決汽車穿刺問題，通常只能夠通過采取強化電池包保護措施進行解決，一旦汽車發生強烈碰撞那么電池包極為容易被擊破，從而引發汽車汽車爆炸事故，威脅到車上乘客的生命安全。而我國占據新能源汽車市場較大比例的比亞迪采用的則是磷酸鐵鋰電池，該電池的優勢特征在于安全性能優秀、循環使用壽命長以及功率密度好。它的不足之處在于能量密度相對偏低，在同重量新能源汽車續航里程上不具備優勢，寒冷天氣下磷酸鐵鋰電池會損耗較多的電量。鋰電池在新能源汽車中的應用要做好系統性能優化改善作業，相關工作人員要優先采用欽酸銼負極原料作為鋰電池材料，其能夠做到循環利用，幫助汽車廠商降低新能源汽車的制造加工成本。此外，鋰電池檢修維護人員在進行對鋰電子電池保養工作時，要認真注意鋰電池本身的安全性，電池體積一旦變大將會一定程度影響到電子整體工作性能，不利于鋰電池在汽車系統中的安全運行使用。

（二）燃料電池的應用

燃料電池具有突出的效率高、清潔、可再生等優點，其啟動速度快、運行安靜、比功率大、輸出功率調整方便。與使用其它電池的電車相比，燃料電池汽車動力強勁、工作時間長。發電用燃料主要包括氫氣、乙醇、甲醇、汽油以及天然氣等，特別是純氫氣燃料，不但補充快、無排放，且不用經過熱機準備過程，從而不受熱循環的制約，動能的轉化率是內燃機處理的3倍。初始階段的燃料電池開發只是為了供應汽車的電能需求，因為現代商業化的驅動，電池動效、成本以及燃料來源等問題才漸漸引起大眾的普遍重視。燃料電池作為電車的運行動力，已經被視作今后一段時間內的發展走向。

（三）鎳氫電池的應用

在新能源汽車動力電池應用中，鎳氫蓄電池屬于一種堿性電池，它的應用優勢在于無記憶效應、循環使用壽命較長，缺點在于成本價格偏高，難以實現大規模生產應用。鎳氫電池初期購置成本相對其他動力電池是偏高的，但是因為其能夠被循環長期使用，因此綜合下來使用成本不會太高。通過將該電池應用在電動汽車上一次充滿電可以行使345km。而目前我國在鎳氫電池研究設計上已經開發出來了55A·h和100A·h的可充電電池，其功率密度超過了800W·h/kg，比能量則達到了65W·h/kg。該電池具備了良好的物理和電化學性能，被廣泛應用在國防與民用領域中，其優勢在于儲能大、無記憶效應、質量輕以及無污染。

四、新能電汽車的電池技術創新思路

（一）加強污染管理

國內經濟整體水平全面提高，使得人們對生活的追求發生了顯著變化。生活質量的改變，使得市面中的私家車數量也越來越多，增加了燃油消耗，破壞了生態環境。此情此景，社會中出現了新能源汽車。

市面中最常見的新能源汽車為電力汽車。這種電力汽車因為所用能源成本比較低，且電力資源的特點是可再生，對環境造成的污染和影響不大，所以得到了廣泛使用。市面中的新能源汽車廣泛使用，預示著我國文明的發展與進步。從另一個角度來看，我國新能源汽車必須加強電池污染管理與控制。新能源汽車所用動力電池為鋰電池，少部分使用鉛蓄電池。當然不論是使用什么電池，使用中都會污染環境。電池壽命到期以后，處理方法十分關鍵。必須加強電池污染問題控制與研究，減少電池造成的生態威脅與影響，充分展現新能源電池價值與優勢，走可持續發展道路。

（二）提升電池效率

為了精準判斷新能源汽車優勢與不足，最重要的事情就是提高新能源汽車的電池使用效率。為了推動我國新能源汽車產業發展，需要充分按照新能源汽車的開發要求，做好電池效率研究。為提高電池的使用能力和效率，應著眼于電池的配置方式、材料角度展開分析。材料方面，如今國內在新材料方面，研發越來越成熟，技術不斷進步，這使得我國新能源電池走向了改革升級時代。研發人員需要緊隨時代步伐，跟進時代腳步，讓我國動力電池技術時刻保持國際領先地位。電池配置方面，不同電池有著不同的配制方法，而這將直接影響電池的能源轉換率，直接影響電池重量與體積。因此研發部門應盡可能控制電池的體積大小，控制電池重量的同時，提高電池的使用效率，為我國新能源汽車的發展提供全面支持。

（三）創新材料

必須不斷創新新能源汽車電池所用材料。對此可以從下述角度切入。應充分利用熱發揮效能顯著的材料，比如硅錫化合物、正極富鋰、高電壓鈷酸鋰等，使用這些材料，盡可能提高電池的整體性能。此外應使用壓實密度更大的材料。還要使用導電性出眾，粘結性良好的活性物質物料，降低導電劑和粘結劑使用，加密壓實電池材料，提高材料使用性能與加工效率。另外可以使用厚度反彈小的材料。循環使用電池之后，電池會出現厚度反彈問題。為了避免厚度反彈對電池使用造成負面干擾與影響，設計電池的時候，需要預留足夠的反彈厚度空間。材料的選擇，如果使用了厚度反彈性比較小的材料，則能夠節省出預留反彈厚度空間，提高電池電芯的厚度，即提高電池電芯容量。厚度反彈不大的材料有著很好的循環性和使用效果。

（四）改進減震墊

一般來說，所有新能源汽車的電池系統都會配備減震墊用于減振。每個電池系統內芯與電機線架中間都會設置三個甚至是更多的減震墊，讓電池系統能夠穩定散掉多余熱量。當然如果配備的減震墊數量過多，勢必會增加振動頻率與幅度。所以有必要盡可能控制減震墊的數量，優化減震墊結構，控制振幅頻率和大小。所有減震墊的外部都可以設置圓柱孔連接電機線架，保障穩定性，控制振動幅度與頻率。

（五）提高電池安全性

過熱以后，電池很有可能出現火災，所以在研發新能源電池的時候，不僅要考慮提高電池的運行性能，同時還要留意冷卻控制電池的技術，減少電池溫度變化幅度，讓電池能夠保持穩定安全的運行溫度狀態。為了對電池溫度進行優化控制與管理，不需要完全從電池系統切入。從內部切入會占用過多電池功能元件。操作的時候，可以將整車的控制系統與電池連接到一起。在電池溫度過高的時候，使用汽車空調系統調溫控制電池的溫度，以免電池溫度過高引起火災，保障電池和新能源汽車安全性。

五、結語

新時期背景下，新能源汽車必須重視電池技術創新與研究。相較于過去的蓄電池，新電池性能更穩定。鎳氫電池有著優越的性能，燃料電池有著理想的性能。當然不論是哪一種類型的電池，使用中都會陷入技術性問題。未來的研究和開發，需要將重心放在污染控制以及提高電池的性能與使用效率，只有這樣才能推動我國的新能源汽車發展，帶動整個行業進步，創造綠色、環保的新型社會。

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（作者單位：遼寧工業大學）