新能源汽車鋰電池及其技術(shù)發(fā)展探討

黃文新

摘 要：鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)已成為動(dòng)力電池的主流選擇，然而，鋰離子電池在使用過程中會(huì)面臨熱失控安全問題，嚴(yán)重影響其性能、壽命和安全，成為其推廣發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸。本文對(duì)新能源汽車鋰電池及其技術(shù)發(fā)展進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;鋰電池;技術(shù)發(fā)展

引言：新能源汽車是未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展大勢(shì)所趨，但是目前電池技術(shù)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性不足以及產(chǎn)品循環(huán)壽命不長(zhǎng)等問題制約了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不僅面臨冬季電池續(xù)航問題無法解決的困境，而且還存在新能源汽車自燃事故頻發(fā)的問題。公眾對(duì)新能源汽車的質(zhì)疑并不是沒有理由的，要解決這些問題，根本上就要在新能源電池技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破。

1新能源汽車鋰電池原理

鋰離子和一般的化學(xué)能源不同，鋰電池在充電的時(shí)候主要是通過嵌入電池來完成，放電的時(shí)候通過脫嵌電池來完成。電池充電就是把鋰離子從正極中脫出來，經(jīng)過電解液的幫助穿過隔膜進(jìn)入到負(fù)極材料中;電池放電就是把鋰離子從負(fù)極中脫出來，經(jīng)過電解質(zhì)的幫助穿過隔膜回到正極。

2新能源汽車鋰電池管理系統(tǒng)的主要功能包括

（1）通過測(cè)量了解鋰電池的各個(gè)信息參數(shù);（2）建立電池管理系統(tǒng)的通信總線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的交換;（3）通過鋰電池管理系統(tǒng)的幫助來對(duì)新能源汽車進(jìn)行故障診斷和檢測(cè);（4）為了更好的保證新能源汽車能夠正常使用，新能源汽車鋰電池管理系統(tǒng)里面還有一些管理控制功能，主要包括：電池均衡、熱管理、控制信號(hào)的輸送等。

3新能源汽車鋰電池管理系統(tǒng)的特點(diǎn)

在新能源汽車?yán)锩孢B接車載動(dòng)力電池和新能源汽車的重要紐帶就是鋰電池管理系統(tǒng)。鋰電池管理系統(tǒng)主要的任務(wù)就是檢測(cè)電池的使用狀態(tài)，分析電池參數(shù)，控制電池充電和放電。因?yàn)槎坞姵乩锩嬗泻芏嗟娜秉c(diǎn)在使用的時(shí)候經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)壽命短等情況，要想真正的發(fā)揮好電池的性能就需要電池管理系統(tǒng)的幫助。電池管理系統(tǒng)能夠有效的控制電池，幫助電池提高電池的利用率，增加電池的壽命。

4新能源汽車動(dòng)力鋰離子電池的配套使用情況

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池配套總量超過198億Wh，其中純電動(dòng)車型動(dòng)力電池配套量為184億Wh，插電式混動(dòng)車型動(dòng)力電池配套量為14億Wh。數(shù)據(jù)表明，實(shí)際配套量與市場(chǎng)需求仍存在一定差距，由此可見，動(dòng)力鋰離子電池市場(chǎng)需求前景廣闊。從動(dòng)力電池體系看，磷酸鐵鋰電池由于本身性能較穩(wěn)定、安全系數(shù)較高且可循環(huán)充電次數(shù)多，仍然是目前市場(chǎng)上新能源汽車動(dòng)力電池的首選，配套量占比超過65%;三元材料電池配套量接近30%。

5鋰電池在新能源汽車中的應(yīng)用現(xiàn)狀

5.1鋰電池正極材料有待研發(fā)

鋰電池的正極材料目前來說多為磷酸鐵鋰、錳酸鋰等物質(zhì)，其中磷酸鐵鋰是最為常見的正極材料，相對(duì)于其他可用的正極材料而言，磷酸鐵鋰具有高安全性，更容易獲得，具有較低的成本，所做成的鋰電池材料具有更長(zhǎng)的壽命。正是如此的優(yōu)勢(shì)，使得鋰電池成為我國(guó)新能源汽車的主要?jiǎng)恿υ础Ｔ谛履茉撮_發(fā)方面我國(guó)起步較晚，雖然如今具有高產(chǎn)的新能源，但沒有實(shí)際成熟的技術(shù)，很多新技術(shù)以及新材料的來源都是來自于國(guó)外，從這一方面而言，加大了制造成本。同時(shí)沒有自主開發(fā)技術(shù)也是極大的阻礙了我國(guó)新能源汽車的進(jìn)一步發(fā)展，正極材料的優(yōu)化和開發(fā)是我國(guó)當(dāng)前的一大難題。

5.2商業(yè)模式在探索中不斷創(chuàng)新

新能源汽車的發(fā)展還需要政府做出提倡，出臺(tái)有益于新能源汽車發(fā)展的政策，這樣才能使得新能源汽車的發(fā)展面越來越大，政府能夠?yàn)樾履茉雌囃茝V搭建良好平臺(tái)。新能源是新能源汽車發(fā)展的主要推動(dòng)力，與之相關(guān)的一些企業(yè)都能夠從中獲得較大的利潤(rùn)，對(duì)于利潤(rùn)的獲取方式需要政府干預(yù)，否則對(duì)新能源的發(fā)展可能會(huì)取得適得其反的效果，找到阻礙新能源創(chuàng)新、發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)，從而為新能源汽車企業(yè)找到更好的商業(yè)模式。

5.3續(xù)航問題

新能源汽車普遍續(xù)航時(shí)間短，更換成本高，壽命周期短，業(yè)界有關(guān)于新能源汽車電池的三大終極問題始終沒有解決，電池能用多久，更換一次要多少錢，更換一次能用多久，本質(zhì)上續(xù)航問題也反映了新能源汽車電池的質(zhì)量問題。同時(shí)，如何回收處理鋰電池，延長(zhǎng)電池的壽命，確保環(huán)保利用也是一個(gè)根本問題。電池本身重量過大也是一個(gè)嚴(yán)重問題，比如特斯拉汽車的電池重達(dá)數(shù)百公斤，這部分重量在行駛過程中也是作為負(fù)載來消耗電量的。

6促進(jìn)新能源汽車鋰電池技術(shù)應(yīng)用的有效措施

6.1提高創(chuàng)新能力，發(fā)展先進(jìn)技術(shù)

新能源汽車的發(fā)展離不開對(duì)鋰電池技術(shù)的創(chuàng)新，創(chuàng)新始終是引導(dǎo)技術(shù)進(jìn)步的第一動(dòng)力，未來的生活中，科研人員需要將注意力更多的放在新材料上，對(duì)于目前存在的鋰電池問題進(jìn)行大膽嘗試的解決。例如，對(duì)于鋰電池中的部分材料進(jìn)行更換、融入太陽(yáng)能技術(shù)提高鋰電池的充電速率。除此之外，對(duì)于國(guó)外的鋰電池發(fā)展理念以及發(fā)展技術(shù)都需要時(shí)刻關(guān)注，擴(kuò)充自身的知識(shí)范圍，為國(guó)內(nèi)技術(shù)的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

6.2加大鋁箔在鋰電池之中的應(yīng)用

根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，鋁箔在加入鋰電池之中后，電池的整體性能都得到一定的提升，通過對(duì)照組發(fā)現(xiàn)，加入鋁箔的鋰電池對(duì)電池極化有一定的抑制作用，同時(shí)也能減少一定的熱量，更降低了循環(huán)過程動(dòng)態(tài)化內(nèi)阻增幅。除此之外，對(duì)于鋰電池的使用期限，對(duì)活性物質(zhì)及集流體粘附力都有一定提升，也降低了極片的制作成本。鋁箔對(duì)鋰電池的性能有提升的主要原因在于，鋁箔材料增加了活性表面以及導(dǎo)電材料的接觸面積，從而使得鋰電池的性能得到提升。

6.3續(xù)航技術(shù)創(chuàng)新

為了提升電池的續(xù)航能力，不僅要增加電池?cái)?shù)量和密度，實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化設(shè)計(jì)，升級(jí)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，完善能量回收裝置，將多余的熱能和機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，更要加強(qiáng)技術(shù)突破。提高太陽(yáng)能電池的利用率，加大太陽(yáng)能電池板的安全設(shè)計(jì)，做好冬季電池的保暖工作，比如加裝保溫裝置，提升電池模塊化設(shè)計(jì)水平，提升電池活性。

7發(fā)展趨勢(shì)

中國(guó)新能源汽車已形成了較為完善的研發(fā)體系和產(chǎn)業(yè)體系，新能源汽車推廣應(yīng)用數(shù)量居世界前列。面向未來，要加快新能源汽車技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，實(shí)施動(dòng)力電池升級(jí)工程，加大新能源汽車推廣應(yīng)用力度。預(yù)計(jì)到2020年，新能源汽車年產(chǎn)銷達(dá)到200萬輛，到2025年，新能源汽車占汽車產(chǎn)銷20%以上，同時(shí)對(duì)鋰離子電池的市場(chǎng)需求也空前高漲。國(guó)內(nèi)電池企業(yè)紛紛瞄準(zhǔn)歐洲新能源汽車市場(chǎng)，寧德時(shí)代、比亞迪等早年已在歐洲建立電池工廠，三星SDI斥巨資擴(kuò)建位于匈牙利的動(dòng)力電池工廠，建成后電池年產(chǎn)量將滿足5萬輛電動(dòng)車的配置需求。面對(duì)龐大的市場(chǎng)需求，我國(guó)鋰離子電池企業(yè)要加快實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的智能制造，保證鋰離子電池制造的安全、質(zhì)量、一致性和可追溯性，從而增強(qiáng)自主品牌的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，贏得市場(chǎng)。

結(jié)束語：綜上所述，電池技術(shù)決定了新能源汽車的命運(yùn)，如何解決新能源汽車的“心臟”———電池技術(shù)問題是根本和關(guān)鍵，因此要從電池的單體、模塊、電池包、電-熱管理以及結(jié)構(gòu)布置、應(yīng)急防護(hù)等方面綜合考慮，提升材料的穩(wěn)定性、性能以及能量密度。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧昉源，鄒安全.氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈分析[J].汽車文摘，2020（01）：18-23.

[2]王通.電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)SOC估算及均衡控制研究[D].某省理工大學(xué)，2017.

[3]周勝.基于雙卡爾曼濾波算法的磷酸鐵鋰電池建模及SOC估計(jì)[D].某省交通大學(xué)，2017.

[4]程龍.新能源城軌車輛車載儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].某省交通大學(xué)，2018.

[5]王通.電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)SOC估算及均衡控制研究[D].某省理工大學(xué)，2017.