鉅大LARGE | 點擊量：651次 | 2021年08月11日
新能源車為什么快速崛起？ 動力鋰離子電池技術剖析
去年全球范圍公布禁售燃油車時間表，讓人們意識到新能源車的時代就要來了，而純電動汽車、插電混動、燃料動力鋰電池車等等，為甚么短短幾年時間就成為將來的主旋律？一方面是全球戰略、政策等方面的支持，另一方面就是動力鋰離子電池技術的不斷提升，更長的續航、更短的充電時間，筆直關乎用戶的通勤需求，才讓新能源車來到我們身邊，未來還會取代傳統燃油車，與大家的日常出行密不可分。于是就有了人們所說的：“新能源車的發展，就是電池技術的發展。”
鉛酸蓄電池
純電動汽車最早使用的是鉛酸蓄電池，鉛及其氧化物制成作為電極材料，硫酸溶液作為電解液，這是今朝大部分電動自行車的動力源，低成本是其最大的優點。不過，因為鉛酸蓄電池的能量密度低，從而帶來了體積大、容量小等問題，無法滿足一臺汽車有關自重的控制、驅動力的消耗，乃至每年超過1萬公里行程的使用壽命，所以無法大規模用于量產車上，最終被汽車廠商淘汰。
密封包裝的鉛酸蓄電池包
鎳氫電池
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鎳氫電池與我們的日常生活很近，從早期的隨聲聽到今朝的充電牙刷等小型電器很常見，正極為鎳氫的化合物，負極為金屬氫化物，其能量密度、充放電次數相比鉛酸蓄電池有不小的提升，并且電解液不可燃、安全性有保障，制造工藝成熟，比亞迪在造車之前就是全球第二大的鎳氫電池制造商。
鎳氫電池包
不過，因為鎳氫電池充電效率一般、有充電有記憶效應、工作電壓較低（無法使用高壓快充），并不適用于汽車的單一動力源，適合輔助發動機工作。這方面做得最好的要屬豐田，其混合動力系統采用阿特金森發動機+鎳氫電池包，阿特金森發動機本身具備中間轉速區間高效的優點，卻也有著低轉速和高轉速疲軟的問題，而鎳氫電池正好能夠處理起步與高速動力不足的一大助力。
而從鋰離子電池廣泛引用之后，鎳氫電池在汽車上也有被完全取代的趨勢，如豐田新一代混動系統就采用了更高效的發動機+鋰離子電池包合。相比鋰離子電池，鎳氫電池的容量、循環充電的壽命以及環保角度都不占優點，成本的優點也在鋰離子電池大力發展之下被弱化了，這正是鎳氫電池逐漸退出汽車范疇的原由所在。
鋰離子電池
鋰離子電池正是現階段新能源車的主流選擇，鋰的化合物（錳酸鋰，磷酸鐵鋰等）作為電極材料，石墨作為負極材料，其優點在于能量密度高、體積小、重量輕、充電效率高。決定鋰離子電池類型或者說性能的緊要因素，在于電池兩極的材料，其中正極的材料是現階段的關鍵，如主流的磷酸鐵鋰、三元材料中的鈷酸鋰、鎳鈷錳等，在容量、成本、低溫充放電、安全性等多個維度上存在差異。
通用集團鋰離子電池包
不過無論任何類型，所有鋰離子電池包都會面對低溫這個“天敵”。不同鋰離子電池類型的最佳工作溫度雖然有一定差異，但低于最佳區間之后伴隨而來的鋰離子的活性降低，有關續航里程的影響比較大，這在我們此前的探測中也有所體現：搭載鋰離子電池包的電動汽車，北方冬季實際使用中的續航，普遍只能達到理論續航的60%多，最多也就70%左右。
騰勢EV400極限里程探測結果
低溫的負面影響從電池本身不太好處理，于是眾多汽車廠商想方法給電池包加溫，新增單獨針對動力鋰離子電池的控溫系統，采用這種做法的大部分品牌車型都有一定緩解用途，但實際效果還算不上出色的處理問題，因為有一些電動汽車控溫系統的耗電量，比低溫的損失還要大。
帝豪EV450搭載2.0版的ITCS電池智能溫控管理系統
在這方面可以有所期望的是，通用集團已經有意向與韓國LG集團合作，采購筆直在電池包內部裝備多個溫控元器件的產品，不光能與今朝相同給電池散熱，還能在寒冷天氣提高電池的溫度。這項技術的落地值得期望，據悉，通用集團下一輪純電和插電混動的新車就會使用，取代今朝日立品牌供應的電池包。
氫燃料動力鋰電池
大家都了解H2+O2燃燒最終得到的水，所以氫氣是非常理想的清潔能源。就氫氣本身來說，燃燒可以釋放大量的能量、低溫表現上佳，最緊要的加氫的效率高，加氫只需5分鐘就能行駛超過600公里，并且這個數據還有提升的空間，以上這些都要遠遠優于現有的鋰離子電池。
有關氫燃料動力鋰電池車投入方面，日、韓兩國的車企早就開始了研究，如今已經小范圍投入到了各自國家的市場中，如筆者春節前試駕的現代NEXO氫燃料動力鋰電池車，已經大量用于平昌冬奧會并上市銷售。
現代NEXO氫燃料動力鋰電池車
而氫氣這么好的能源，為甚么不推廣？因為以今朝的技術獲取氫氣太難了。大家都學過電解水能得到氫氣，但耗費電能去電解水，然后再燒氫氣最終變成水，這個過程的用電量和損失還不如筆直給鋰離子電池充電，成本太高。而成本、工藝都比較適宜的是從石油、天然氣里提取，但量并不大，所以燃料動力鋰電池車“只聞其名、難以推廣”。
石墨烯電池
有關將來新能源車的動力鋰離子電池討論，最靠譜、討論最多的要屬石墨烯電池了，將一些專業角度的解讀“翻譯”一下就是：用這種材料結合鋰離子電池有兩種使用辦法，一是用石墨烯的復合材料作為鋰離子電池的導電劑，二是筆直用作負極，效果都是新增鋰離子電池的活性，從而提升電動汽車的續航里程、充電速度。
石墨烯-碳化海綿鋰氧電池
石墨烯電池可以有效處理鋰離子電池的短板，產品特質與新能源車用戶使用筆直掛鉤。這種材質的好處實在大，而且韓國三星也已經對外公布掌握了這項技術，但成本是一大瓶頸，石墨烯的獲取不太容易，早期是用于航天范疇的一種材料，何時、采用什么方式降低成本，將是這項優質產品“飛入尋常百姓家”的一大難題，各個汽車廠商都還沒有公布在這方面發力的計劃。
石墨烯鋰離子電池效果圖
簡單來說，純電動汽車的工作原理是“充電筆直用電”，氫燃料動力鋰電池車則是H2+O2“燒成”（化學反應）電能和水，相當于“燒氫”來發電。兩種“電池”同樣都是零排放，電動汽車鋰離子電池能力密度更小、低溫活性差影響續航，充電速度慢的問題，氫燃料動力鋰電池完全沒有，而且工作效率要高出不少，這正是氫被稱為優質能源的原由。
固態鋰離子電池
固態鋰離子電池顧名思義就是不再使用液態的電解液，采用固態電解質，其能力密度遠超今朝的主流的鋰離子電池，這意味著純電動汽車型更高、甚至達到節能型汽油車的續航里程，并且充電效率相比現階段也有著質的飛躍，據悉裝備固態電池的電動汽車，最理想化的充電速度可達到1分鐘新增800公里，這可以說是新能源車的最佳核心部件。
現階段，一些海外的能源、科技公司，以及松下等電池制造商都開始了固態電池的研發，汽車廠商涉及這方面的惟有豐田、本田以及日產三大日系車企，這源于日本國家層面的助推。從已經開始研究固態電池的各方計劃來看，預計2020年將在成本、能量密度和加工制造方面有沖破性進展。到2030年才能將這項研發成果落地、在新能源車范疇廣泛普及，即離我們還有些遠，這也是各大車企公布2025年全球禁售燃油車的應對戰略時，并未提及固態電池的原由。
眾多車企乃至新造車勢力都公布了將來的新能源計劃，更多相關內容敬請期望……
總結：
往大了說，環保仿佛全球的一個大方向，電能又是老百姓生活必備的能源，所以以電作為燃料的新能源車最容易實現，過渡最為平滑。從實際的角度來看，2025年禁售燃油車之后，能買到的就惟有新能源車了，一款車的電池要怎么樣至關緊要，正如本文所說的電池發展，老的電池類型逐漸成為歷史，新的電池技術一些還處于概念階段，一些只要攻克技術、成本等難題，就未來到大家身邊了。
