電動汽車動力電池性能發(fā)展趨勢探析

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)前是一個經(jīng)濟全球化時代，我國電動汽車制造行業(yè)發(fā)展要與時俱進，跟上時代前進的腳步。電動汽車制造生產(chǎn)過程動力電力技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)是極其重要的一個工作環(huán)節(jié)，動力電池各項性能的全面提高才能夠推動我國電動汽車產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)地發(fā)展，確保電動汽車制造企業(yè)在最低成本下創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟效益，同時也被汽車市場消費用戶所接受認(rèn)可。當(dāng)前被廣泛應(yīng)用在電動汽車制造中動力電池主要包括了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質(zhì)性的突破進展。

1 當(dāng)前電動汽車動力電池的應(yīng)用發(fā)展情況

1.1 鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池被廣泛應(yīng)用在汽車行業(yè)領(lǐng)域，其通常作為內(nèi)燃機汽車內(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)及其在電動汽車的應(yīng)用情況如下表1所示。目前市場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)用在未來電動汽車制造行業(yè)，只能應(yīng)用在短途行駛的觀光車或者叉車等。鉛酸蓄電池最為顯著的優(yōu)勢特點就是成本低廉、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)用在未來純電動車制造生產(chǎn)活動中。鉛酸電池作為未來電動汽車動力電池的研究重點，有待解決的問題包括了比能量低以及電池容量壽命短等。針對于此，相關(guān)技術(shù)人員可以通過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)中能夠降低對電池容量使用壽命的影響。

1.2 氫鎳電池

氫鎳電池在電動汽車市場具有最強的競爭影響力，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，并且氫鎳電池對環(huán)境不會造成污染。當(dāng)前在電動汽車制造行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的就是氫鎳電池技術(shù)，其減排能夠達到90%以上。鎳氫電池的性能指標(biāo)及其在電動汽車的應(yīng)用情況如表2所示。

鎳氫電池在電動汽車市場應(yīng)用受限的原因主要包括了成本較高、高溫時充電耐受性、低溫時電池容量減小。鎳氫電池的應(yīng)用過程中過放電會導(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。針對鎳氫電池在惡劣環(huán)境下會出現(xiàn)比功率大幅度下降的問題，相關(guān)技術(shù)研究人員可以通過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)前在電動汽車市場中，被廣泛應(yīng)用的鋰離子電池以碳為陽極、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。該類型鋰離子電池的應(yīng)用優(yōu)勢特點是比能量較大、質(zhì)量輕并結(jié)實。鋰離子電池的性能指標(biāo)及其在電動汽車的應(yīng)用情況如表3。

表1 鉛酸蓄電池的性能指標(biāo)及其在電動汽車的應(yīng)用情況

表2 鎳氫電池的性能指標(biāo)及其在電動汽車的應(yīng)用情況

表3 鋰離子電池的性能指標(biāo)及其在電動汽車的應(yīng)用情況

當(dāng)前電動汽車市場中運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。隨著時間的不斷推移，未來鋰離子電池技術(shù)研發(fā)應(yīng)用將會在電動汽車行業(yè)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。由圖1所示，為電動汽車市場常用的幾種電池性能比較。

圖1 電動汽車電池性能比較

2 電動汽車動力電池性能未來發(fā)展趨勢

2.1 鉛酸電池發(fā)展趨勢分析

鉛酸電池雖然具備了成本價格低廉的優(yōu)勢特點，廣泛被應(yīng)用在旅游景點觀光車、工廠叉車以及短途汽車匯總，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。在未來電動汽車行業(yè)中，要想將鉛酸電池作為民用電動汽車的動力電池是不太切實際的，更多是考慮應(yīng)用在輕度混合汽車中。超級電池的研發(fā)生產(chǎn)被外界所看好，同時也是未來動力電池研究熱點之一，其具有使用壽命長、功率密度高以及成本價格低的優(yōu)勢，并且未使用過多的鉛量。與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比較，超級電池能夠在更廣范圍荷電狀態(tài)下進行正常穩(wěn)定地運行，最大程度滿足自放電、功率以及冷啟動的需求。與此同時，超級電池在混合動力電動車的使用測試工作中，有效證明了其容量、循環(huán)性能、冷啟動性能以及自放電性能都能夠符合市場混合動力電動車的相關(guān)運行要求，并且超級電池的生產(chǎn)成本還低于氫鎳電池，具備了良好的電動汽車市場應(yīng)用前景，適宜被應(yīng)用在小型或者中型電動汽車制造中。

2.2 氫鎳電池發(fā)展趨勢分析

氫鎳電池在電動汽車市場中的應(yīng)用優(yōu)勢在于較高的比功率和比能量，但是在實際研發(fā)生產(chǎn)氫鎳電池過程中，工作人員需要投入使用大量的鎳和鈷資源，這樣一來就導(dǎo)致了氫鎳電池造價成本的急劇上升。隨著社會中鎳和鈷資源的不斷開采減少，將會持續(xù)提高氫鎳電池在各個行業(yè)領(lǐng)域的使用價格。在當(dāng)前電動汽車市場中，氫鎳電池的應(yīng)用主要集中在混合動力車研發(fā)制造工作中，未來一段時間伴隨著鋰離子電池技術(shù)的不斷成熟完善，鋰離子電池將會實現(xiàn)大批量的生產(chǎn)，同時其造價成本也會有所降低，這樣就會促使鋰離子電池完全取代了氫鎳電池在電動汽車市場上的所占份額。就比如，在電動汽車市場中，豐田就宣布了在最新一代車型普銳斯中將不會再沿用傳統(tǒng)氫鎳電池，而會采用最新的鋰離子電池。氫鎳電池在接下來一段時間內(nèi)將會被當(dāng)作是電動汽車過渡生產(chǎn)階段采用的動力電池，未來發(fā)展前景不被世人所看好。

2.3 鋰離子電池發(fā)展趨勢分析

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)成為全球各國能量存儲技術(shù)研發(fā)重點內(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成本。雖然，當(dāng)前電動汽車市場上仍然在普遍采用價格成本低的傳統(tǒng)鉛酸電池，但是在國家“節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)?！闭咛栒傧?，未來鋰離子電池技術(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)成本也會有所下降，這樣鋰離子電池高能量密度、續(xù)航能力強以及輸出功率高的優(yōu)勢特點就能夠淋漓盡致的發(fā)揮出來，鋰離子電池也會自然而然地成為未來電動汽車的最佳動力電池。在電動汽車市場中，廣為人知的電動車廠商特斯拉汽車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)與電動汽車公司巨頭的強強合作，能夠最大程度提高電動汽車動力電池開發(fā)地綜合實力，充分保障電動汽車動力電池研發(fā)的需求資金和技術(shù)人才資源。同時，還可以有效加快電動汽車與最先進動力電池的接口融合，實現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)高速穩(wěn)定地持續(xù)發(fā)展，為人類社會創(chuàng)造出更多的價值作用。

3 結(jié)語

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