電動汽車電池技術(shù)發(fā)展綜述

陳維榮，黃銳森，陳 隆，羅一鳴

（1.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，成都 610031；2.粵海鐵路有限責(zé)任公司，海口 570125）

電池技術(shù)是汽車電動化技術(shù)的核心。它的發(fā)展進(jìn)程極大地影響著電動汽車的產(chǎn)業(yè)化。目前，車用電池技術(shù)發(fā)展迅速并且出現(xiàn)了極富多樣性的解決方案，因此，如何合理地針對各種目標(biāo)產(chǎn)品從種類繁多的電池技術(shù)中最為合適的技術(shù)，成為影響產(chǎn)品性能的關(guān)鍵問題。本文重點介紹了目前在傳統(tǒng)汽車與電動汽車上應(yīng)用的各類電池技術(shù)，并詳述它們在電動汽車應(yīng)用上的優(yōu)勢與不足；介紹了石墨烯技術(shù)在電池技術(shù)發(fā)展過程中的巨大發(fā)展?jié)摿Γ蛔詈罂偨Y(jié)了電動汽車用電池技術(shù)的研究現(xiàn)狀并展望了其未來的發(fā)展。

1 電動車用動力電池

1.1 鉛酸蓄電池（lead acid battery）

單一鉛酸蓄電池的最大功率（power rating）為180 W[1]，它的比能最大可達(dá) 170 Wh/kg[2]，200～350 次充放電循環(huán)時間。一般而言，其工作電壓為2 V，過壓容忍值較高，自放電速率低。另外，鉛酸電池在穩(wěn)態(tài)的工作狀況良好，維護(hù)率低[3]。

但是，鉛酸電池劣勢也頗為明顯。首先，其含有有毒金屬鉛，在被廢棄處理時對環(huán)境污染嚴(yán)重[4]。其次，相對鋰電池而言，鉛蓄電池比能與工作電壓低，循環(huán)壽命短。因此，鉛蓄電池在電動車上逐漸被其他產(chǎn)品取代。另外，電動汽車對電流大范圍快速響應(yīng)的高要求，迫使鉛酸電池在這一領(lǐng)域的應(yīng)用受到了限制。于是，它更多被應(yīng)用于短距離電動汽車，如觀光車，以及電池概念車、原型車等[1]。當(dāng)前汽車中的啟動電池以及油電混合動力汽車依然廣泛采用了鉛蓄電池，并取得了不錯的節(jié)能減排效果[5]。

雖然鉛蓄電池技術(shù)已十分成熟，但隨著新材料等技術(shù)的出現(xiàn)，依舊有大量學(xué)者在近年來對此技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。研究關(guān)注點主要集中于對于鉛蓄電池的電池模型設(shè)計[6]、納米級材料使用對電池性能的影響[7,8]、充放電技術(shù)的改進(jìn)[9]以及電極各金屬成分濃度對電池性能的影響[10]等方面。

1.2 鎳系列電池

以金屬鎳（Ni）為核心的蓄電池主要有鎳鎘NiCd（nickel-cadmium）電池、鎳氫 NiMH（nickel metal hydride）電池、鎳鋅 NiZn（nickel-zinc）電池與鎳鐵 NiFe（nickel-iron）電池。

1.2.1 NiCd電池

NiCd電池于1899年由瑞士工程師Waldemar Jungner發(fā)明。該電池以NiO（OH）為正極，鎘氫氧化物為負(fù)極[11]。一般情況下，其工作溫度介于-20℃到45℃之間。與鉛酸電池相比，NiCd電池能量密度較低，它的工作電壓為1.2～1.4 V，過壓容忍值可達(dá)1.7 V。另外，在滿充電情況下，它的自放電率為每月10%。當(dāng)溫度高于20℃時，其自放電率可達(dá)20%[12]。NiCd電池的充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)1 000次以上[13]。

與鉛酸電池相似的是，金屬鎘有毒，因此，其廢棄回收顯得相當(dāng)重要。近年來，有大量研究關(guān)注于廢棄NiCd電池對人的毒害作用[14,15]，以及對廢棄NiCd電池中Ni與Cd兩元素的分離提取技術(shù)[16-18]。鎳電池在電動汽車技術(shù)上停留于應(yīng)用嘗試，但是，由于其比能、比功率等的限制，它更多被應(yīng)用于概念、原型電動汽車產(chǎn)品中[19]。

1.2.2 NiMH電池

NiMH電池出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代。其正常操作溫度介于-20～60℃之間，比功率在特定放電深度DoD（depth of discharge）下（如 50%時）可達(dá)到 1 200 W/kg[20-21]，能量密度為 420 Wh/L[9]，充電循環(huán)次數(shù)可達(dá)3 000個周期[22]。電池容量320～450 Ah/kg[21]。它的安全性能較前面兩種電池高，但是鎳氫電池的過壓容忍值較低，工作電壓在1.2～1.5 V左右[23-24]。該類型電池的一個特點是自放電率較高，第一天約為5%～20%，此后介于0.5%～4%之間[24]。如其他Ni金屬電池一樣，NiMH電池也擁有記憶效應(yīng)[3]。

常見的NiMH電池多作為電子設(shè)備的外補(bǔ)充電源，如常見的AA、AAA等型號的蓄電池。除此以外，NiMH電池被廣泛應(yīng)用于電動汽車以及混合動力汽車（主要是大型車，如公交、卡車等）[25-28]，如第二代通用EV1[24,29]。與前面的蓄電池情況相似，它依舊沒有解決機(jī)動車的續(xù)航能力不足的問題。

1.2.3 NiZn電池

20世紀(jì)，Thomas發(fā)明了NiZn電池[35]，而由于穩(wěn)定的鋅電極技術(shù)的出現(xiàn)，電池于21世紀(jì)初逐漸被推廣及應(yīng)用。美國公司PowerGenix（現(xiàn)ZincFive公司）率先對外宣布推出全新的NiZn電池[36]，其后，又推出相應(yīng)的密封NiZn電池（sealed nickel zinc battery），其中有針對低電壓機(jī)動車市場的8 Ah單體電池，工作溫度介于-30～65℃之間，比能為69 Wh/kg[37]，比容量約為36 Ah/kg。另外，其功率密度、容量密度分別為3 000 W/L、53 Ah/L，同時，其工作電壓在1.6 V左右[38]。NiZn電池相對于其他電池?fù)碛兄弑饶堋⒏弑裙β?、低成本、更安全、更長的循環(huán)壽命以及對環(huán)境友好等優(yōu)勢[39]。

盡管該電池正式進(jìn)入市場的時間不長，但它的出現(xiàn)引起了諸多企業(yè)的興趣。由于NiZn電池在啟停方面的優(yōu)異性能，2013年7月，Power-Genix與PSA標(biāo)致-雪鐵龍公司簽訂了創(chuàng)新協(xié)議。后者計劃將NiZn電池引入到汽車啟停電池的應(yīng)用領(lǐng)域。

雖然NiZn電池已經(jīng)進(jìn)入市場，但是各研究機(jī)構(gòu)沒有停止對此技術(shù)的進(jìn)一步探索。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界對此電池的研究聚焦在電池電極材料的選擇對電池性能的影響[40-41]。

1.2.4 NiFe電池

NiFe電池是以NiOOH為陽極、Fe為陰極的電池。瑞典發(fā)明家Waldemar發(fā)明該電池，并表示該電池相對于NiCd電池的一大優(yōu)勢在于其成本較低。依據(jù)當(dāng)前市場上的NiFe電池產(chǎn)品，該類型的電池工作在-20～50℃的環(huán)境下[42]，比能可達(dá)120 Wh/kg，比功率可達(dá)1 500 W/kg[43]，比容量約為15 Ah/kg，單電池電壓在1.2 V上下[44]。與NiZn電池不同，NiFe電池依然沒有解決Ni金屬電池的自放電問題。依據(jù)2005年的數(shù)據(jù)，它的月自放電可達(dá)20%[45]。

NiFe電池在穩(wěn)定性以及服役周期上表現(xiàn)出眾。它的電池循環(huán)壽命可達(dá)30 a[46]，充放電周期在80%DoD時為3 600次[47]，而且，其沒有突然死機(jī)現(xiàn)象，可靠性高[42]。

1901年，Thomas Edison發(fā)明并商業(yè)化此電池，并由Detroit Electric與Baker Electric等公司應(yīng)用于電動汽車上[48]。目前，生產(chǎn)銷售NiFe電池的廠商有 Iron Edison 公司[49]、采異集團(tuán)[50]、Saft公司[51]等。

1.3 鋰電池

鋰電池是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的電池。鋰電池?fù)碛兄饶茌^大，無記憶效應(yīng)，成本不高等優(yōu)勢[29]。以下是對其中6款在電動汽車領(lǐng)域存在巨大應(yīng)用潛力的鋰電池的詳細(xì)分析。

1.3.1 三元鋰電池與鈷酸鋰LCO （lithium cobalt oxide）電池

LCO電池一般以LiCoO2為電池陽極材料，碳為陰極材料[53]。其理論比容量較高，為274 Ah/kg，而商業(yè)化產(chǎn)品一般為145 Ah/kg。單電池電壓平均為3.8 V，充電電壓甚至可達(dá)4.4 V。商業(yè)化產(chǎn)品中電池比能量為233 Wh/kg甚至以上[54]。 然而，LCO電池技術(shù)相比于其他鋰電池技術(shù)而言較為獨(dú)特，以其電極材料為基礎(chǔ)，依照一定比例參雜鎳、錳、鋁等金屬元素，可以獲得多樣的電池性能。常見的由以鎳、鈷與錳元素參雜構(gòu)成電極的三元鋰電池（一般簡記為NCM），以及鎳、鈷與鋁三元素構(gòu)成電極的三元鋰電池（一般簡記為NCA）。NCM的單電池比能可達(dá)180 Wh/kg，而NCA可達(dá)240 Wh/kg[55]。

市場上LCO電池，由于其較為優(yōu)異的比容量以及較高的能量密度，被大量應(yīng)用于手機(jī)、手提電腦等移動設(shè)備中。2008年左右，Tesla公司將此類電池用于其Roadster電動汽車上。此后該公司的Model S等純電動汽車均采用了此電池技術(shù)[54]。

目前對LCO電池技術(shù)的研究涉及到電池的損傷估計技術(shù)[56]、電極材料荷電性質(zhì)[57]、廢棄LCO電池鈷與鋰元素回收技術(shù)[58]以及電極材料合成技術(shù)[59]。

1.3.2 鈦酸鋰LTO（lithium titanate）電池

LTO電池是指以LiFePO3、LiMnO4、三元材料或LiNiMnO4等為正極，以Li4Ti5O12為負(fù)極的電池。Altairnano公司于2005年2月宣布納米級LTO電池面市[60]，后來，日本Toshiba于2008年推出SCiB系列LTO電池[61-62]。

LTO電池的工作溫度在-30～55℃之間，比能約為 50～90 Wh/kg，比功率為 100～1 400 W/kg，比容量為40 Ah/kg。能量密度為100～200 Wh/L，單電池工作電壓介于1.5～3 V之間[63-65]。由于正負(fù)極均采用了長壽命電極材料，LTO電池的充放電循環(huán)次數(shù)在8 000到20 000次之間[66]，而100%的DOD情況下的充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)6 000次[67]。LTO電池能夠在DOD為100%時通過充電恢復(fù)其SOC是一個不可多得的優(yōu)勢。另外，對稱的充放電倍率對電動汽車回收剎車能量相當(dāng)有利。

值得注意的是，LTO電池與傳統(tǒng)鋰電池很大的不同在于其高倍率充電。依據(jù)Altairnano公司的LTO電池模塊可知，一個20 V左右的電池模塊，其工作電流達(dá)360 A，最大電流可達(dá)600 A[33]。而Toshiba的SCiB系列產(chǎn)品電池SOC從0%到80%，只需6 min，充滿一共需要10 min左右[61,65]。LTO電池的這一特點使得它成為磷酸鐵鋰（LFP）電池在交通市場上的有力競爭者。TOSA（Trolleybus Optimisation du Système d’Alimentation，ABB）城市公交項目開始使用LTO電池取代LFP電池。該項目中，純電動公交只是在停車上下客15 s的時間內(nèi)充放電[68]。國內(nèi)，微宏動力系統(tǒng)已在重慶推出了基于LTO電池的公交，充電時間為15 min。目前，他們正在推廣新一代的LpTO多元復(fù)合鋰電池的解決方案[69]。

LTO電池優(yōu)異的大電流充電特性、適應(yīng)低溫工作環(huán)境以及較長的使用壽命[70]使得它很可能成為新一代電動汽車動力電池的解決方案。2016年8月，格力電器決定收購珠海銀隆新能源有限公司，進(jìn)軍新能源市場，主打LTO電池在電動汽車與儲能方面的應(yīng)用。因此可以預(yù)見，在未來幾年，將會有更多研究力量投入到這一應(yīng)用領(lǐng)域的研究。

1.3.3 磷酸鐵鋰LFP（lithium iron phosphate）電池

LFP電池是以磷酸鐵鋰作為電池陽極的鋰電池。與鋰鈷電池不同的是，它在成本上避開了金屬鈷帶來的高成本，同時，獲得了更為穩(wěn)定的電壓輸出。磷酸作為電解質(zhì)，原料本身易于制取，且儲量豐富，而金屬鐵也存在豐富的礦源以及較為成熟的加工開采技術(shù)。

LFP電池一般的操作溫度介于-30～60℃之間，而其電能儲存溫度范圍可以擴(kuò)大到-50～60℃之間。不同于鋰鈷電池的150℃以及鋰錳電池的250℃，其熱失控溫度可達(dá)270℃，因此，在電池的安全性能上，LFP更符合交通工具領(lǐng)域?qū)δ茉窗踩囊蟆Ｓ捎陉枠O材料的更換，LFP擁有著200 mAh/g的電池容量，表現(xiàn)也明顯優(yōu)于LCO與LiMn電池。該類電池比能約為150 Wh/kg，能量密度約為240 Wh/L[71]。根據(jù)電池電壓變化曲線，隨著電池的使用，電池輸出電壓變化相對平緩，穩(wěn)定于3～4 V。與其他類別的鋰電池相近，LFP過壓容忍率不高，只能容忍3.6 V左右的過壓值，即過壓容忍率約為5.9%。同樣，LFP的自放電率不高。在使用壽命方面，LFP可以承受1 000～2 000次的充電循環(huán)。正是由于LFP相比于另外幾種鋰電池的性能優(yōu)勢，不少車企，如比亞迪（BYD）[72]、Mitsubishi[73]、PowBat[74]等公司，在各自研發(fā)的電動汽車上使用了LFP電池。有些以此類電池為動力的純電動轎車的預(yù)計可行駛里程達(dá)400 km以上[75-76]。

由于LFP電池技術(shù)較為成熟，當(dāng)前對該電池的研究著眼于電池的荷電狀態(tài)與壽命估計[77-80]、在特殊外部條件下的安全性能研究[81]以及產(chǎn)熱特性研究[82]等。

1.3.4 聚合物鋰 LiPo（lithium-ion polymer）電池

LiPo電池技術(shù)在20世紀(jì)80年代已經(jīng)開始出現(xiàn)。該類型電池的獨(dú)特之處在于它們使用了多聚體固體代替液態(tài)電解質(zhì)。該電池的工作溫度介于-20～60℃之間，比能為130～250 Wh/kg，能量密度150～300 Wh/L，比功率大于1 000 W/kg，單電池電壓為2.80～4.20 V[83]。根據(jù)文獻(xiàn)[84]，在實驗室條件下，通過加入V2O5，可以獲得600～800 Wh/kg的比能。該電池的自放電率為每月0.33%。同時，在97%的DOD下，該電池可以進(jìn)行充放電循環(huán)5 000次。另外，Colibri公司的新款電池Liberty Cell可以承受1 000℃的高溫[85]。

與LTO不同的是，LiPo的充放電過程不對稱，在放電過程中，最大電流輸出可達(dá)500 A，而充電時，最大電流約為160 A[86]。

在2010年的一項測試中，該公司生產(chǎn)的電池驅(qū)動一輛Audi A2純電動轎車單次充電情況下完成了600 km的路程，測試截止時，轎車顯示電池依舊有18%的電量，全程平均速度為55 mph即88.51 km/h[87-89]。另外目前，對LiPo電池的研究集中在電池電解質(zhì)材料性質(zhì)優(yōu)化[84,90]、電池模型構(gòu)建[91]等方面。

1.3.5 鋰空 Li-air（lithium-air）電池

鋰空電池技術(shù)于20世紀(jì)70年代出現(xiàn)。它巨大的發(fā)展?jié)摿υ谟谒鼡碛信c汽油相當(dāng)?shù)谋饶?。雖然當(dāng)前該技術(shù)尚未商業(yè)化，但是實驗室、研究所的相關(guān)研究依然提供了部分該電池的性能參數(shù)。

在實驗室狀態(tài)下，Li-air電池的一般工作溫度為50～80℃[92]，工作電壓介于2～4.8 V之間。該電池理論比能可達(dá)13.5 kWh/kg，比容量可達(dá)5 000 Ah/kg[93]。在實驗室條件下，鋰空電池的比能為2 440 Wh/kg[94]，該數(shù)值約為LiMn電池理論比能（425 Wh/kg）的6倍。隨著放電倍率的提升，Li-air電池的比功率可達(dá)1 660 W/kg，接近當(dāng)前燃油汽車的比功率參數(shù)（1 700 W/kg）。文獻(xiàn)[95]預(yù)計制成共電動汽車使用的電池模塊后，其比功率將介于1 000～1 500 W/kg之間。另外，該電池的充放電比容量為10.73 Ah/kg。但是，鋰空電池的充電過壓現(xiàn)象比較嚴(yán)重，這導(dǎo)致了電池的充電效率只在60%～70%之間，而其原因暫且不明。

當(dāng)前，Li-air電池依然處于實驗室研究階段，預(yù)計在商業(yè)化后，相應(yīng)的具體參數(shù)將會有所降低。IBM啟動的Battery 500項目致力于對Li-air電池技術(shù)的開發(fā)，同時，他們于2010年的一份報告中對Li-air電池進(jìn)行的研發(fā)預(yù)期稱Li-air電池的商業(yè)化應(yīng)用預(yù)計還需要30 a左右的時間[96]。

近年來，雖然對Li-air電池的研究也在持續(xù)增加，Nobuyuki Imanishi等指出，對此電池技術(shù)的研究依然處于起始階段[97]。如Chibueze等[98]研究了多種該電池多聚體電解質(zhì)的穩(wěn)定性。另外，在2013年，Zhang等[99]學(xué)者提出了一種可逆的長壽命鋰空電池設(shè)計，這一成果成功將Li-air電池轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲饬x上的蓄電池。針對電池自身的研究部分，Yao等通過對電池正極材料的改變成功獲得了2 050 Ah/kg的比容量，充放電循環(huán)達(dá)70次以上[100]。

1.3.6 鋰硫 Li-S（lithium-sulfur）電池

Li-S電池是基于硫單質(zhì)與鋰發(fā)生氧化還原反應(yīng)工作的。從反應(yīng)方程式來看，最高的理論比能約為2 600 Wh/kg以及較高的理論比容量1 675 Ah/kg。

Lawrence Berkeley國家實驗室 LBL（Lawrence Berkeley National Laboratory）于2013年的對外公布其獲得了比能約為500 Wh/kg（在0.05C的放電倍率的情況下），比容量為740～846 Ah/kg，充放電次數(shù)可達(dá)1 500次的Li-S電池技術(shù)，衰退率為0.039%每個充放電循環(huán)，充放電庫倫效率達(dá)96.3%[101-102]。

另外，Li-S電池的工作溫度介于-60～60℃之間，工作電壓在1.5～3 V之間。能量密度為320～450 Wh/L，月均自放電率小于15%[103-104]。目前，市面上已經(jīng)開始出現(xiàn)為可移動電源設(shè)計Li-S電池產(chǎn)品[105]。在電動汽車領(lǐng)域，LBL正在與Sion Power公司、BASF以及Pacific Northwest National Laboratory聯(lián)合研發(fā)供電動汽車使用的Li-S電池。依照他們2010年的計劃，2016年研制出比能為600 Wh/kg、1 000次充放電循環(huán)的車用電池[106]。

與Li-air電池類似，Li-S電池極高的理論比能吸引著越來越多的研究者投入對這類電池的研究。然而，當(dāng)前此電池研究過程存在著極大的挑戰(zhàn)。該電池使用的非活性傳導(dǎo)介質(zhì)與正極之間難以在空間上取得協(xié)調(diào)，這導(dǎo)致電池正極偏大。另外，還有一些難題，例如，如何鈍化或者保護(hù)電池負(fù)極并避免Li離子的過量釋放。甚至是對電池本身的循環(huán)壽命的研究也需要進(jìn)一步突破[107]。

1.4 其他電池

依據(jù)Meridian International Research在2007年1月的一份分析報告，倘若當(dāng)前世界上的燃油汽車全部更換成以鋰電池為主的插電式或純電動汽車，那么依據(jù)現(xiàn)有的鋰金屬礦源來估計，由于大規(guī)模的鋰礦主要集中在安地斯山脈以及西藏，對鋰資源的過度需求將會引發(fā)新一輪的地緣政治沖突，并對礦源區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生極大的負(fù)面影響，相比之下，鋅與鈉資源豐富，極有可能解決這一問題[108-109]。

1.4.1 氯化鎳 Na-NiCl2（sodium-nickel chloride）高能電池

Na-NiCl2電池是以金屬鈉作為陰極材料新型蓄電池，根據(jù)FIAMM公司[104,110]第五代ZEBRA（zero emissions batteries research activity）系列電池的技術(shù)參數(shù)，其操作溫度為-40～50℃，而電池實際內(nèi)部溫度達(dá)到 270℃[111]，比能為 100 Wh/kg到 140 Wh/kg，比功率在160 W/kg與180 W/kg之間，功率密度約為250～280 W/L[112]，在峰值時，可以達(dá)到 150 Wh/kg，在80%的DoD條件下，循環(huán)充電次數(shù)大于2 000次，實驗室環(huán)境下曾實現(xiàn)過5 000次，電池容量可達(dá)58 mAh/g，輸出電壓介于 2.20～2.80 V 之間[112]。

由于該類電池內(nèi)部溫度需要維持在270～350℃，在其正常工作過程中存在小于105 W的熱散失。同時，由于其工作原理的限制，實際使用過程中，有最小放電時間（120 min）以及最大DOD（80%）的限制[112]。

目前該公司的Na-NiCl2電池分為4種：交通、UPS、電信以及電網(wǎng)使用，而ZEBRA系列是專為混合動力電動車或者純電動汽車設(shè)計。快速充電時，Na-NiCl2電池需要75 min充到80%的電量。另外，此系列電池已部分應(yīng)用到軍事領(lǐng)域，預(yù)示著該電池已經(jīng)能夠較好地解決安全性問題。

在傳統(tǒng)電池市場上，該電池仍有比能與鋰電池相當(dāng)、價格比鋰電池低、材料豐富等諸多方面的優(yōu)勢。目前，意大利、法國、印度已經(jīng)有相應(yīng)以此系列電池為主要動力的交通工具運(yùn)行[113]。

1.4.2 鋅空 Zn-air（zinc-air）電池

傳統(tǒng)鋅空電池是一種原電池[114]，但是，由于地球上鋅資源含量豐富，其比能高，且新一代鋅空電池也逐漸實現(xiàn)可充放電，于是它也成為了汽車電氣化的一個重要解決方案。

目前，ZnAir電池已經(jīng)部分市場化，但是其應(yīng)用市場更多局限于軍用可移動電源以及助聽器電池[115]等領(lǐng)域。其之間，比能為280 Wh/kg，能量密度為220 Wh/L，比容量約為20 Ah/kg，容量密度約為16 Ah/L[114]。平時的工作電壓為 1.4～1.7 V[24,115]。

2009年，臺灣APET公司在香港展示了他們研制的鋅空電池汽車[116]。但是，在2013年后，便難以查到鋅空電池在電動汽車上應(yīng)用的資料。

Jang-Soo Lee等于2011年提出了實現(xiàn)鋅空電池反應(yīng)可逆的兩大挑戰(zhàn)：一是提高鋅負(fù)極的電化學(xué)性能；二是電池存在較大的失壓現(xiàn)象[117]。因此，鋅空電池在電動汽車的應(yīng)用上，仍有很長的路要走。

1.4.3 其他案例

除上述解決方案外，2015年3月，Nanoflowcell推出世界上首款低壓電動汽車Quantino，該汽車使用液流電池（無具體液流電池的信息），續(xù)航里程達(dá)1 000 km[118-119]。然而，目前液流電池更多地應(yīng)用于電網(wǎng)儲能[120]。另外，以色列Phinergy公司公布了其鋁空電池與鋰電池混合驅(qū)動的電動汽車測試視頻，測試全程330 km，而預(yù)計2017年能批量生產(chǎn)出續(xù)航里程達(dá)1 600 km以上的汽車[121]。2014年，Hyundai推出商業(yè)化的以氫燃料電池作為動力的Tucson，Toyota推出全球首款商業(yè)化燃料電池汽車Mirai[122]，燃料電池在汽車方面的應(yīng)用研究大量展開[123]。燃料電池與傳統(tǒng)意義上的蓄電池以及原電池在工作原理上有著重大區(qū)別，本文不再贅述。不同類型電池的主要參數(shù)如表1所示。

表1 不同類型電池的主要參數(shù)比較Tab.1 Comparison of parameters among different types of batteries

2 石墨烯電池技術(shù)

石墨烯技術(shù)在電池上的應(yīng)用，使得電池在其性能表現(xiàn)上獲得極大的提升。

其中最值得關(guān)注的是當(dāng)LFP電池的負(fù)極材料中加入了石墨烯，其理論比能竟然可以達(dá)到686 Wh/kg[131]，實際可達(dá) 190 Wh/kg[132]。Graphenano 等公司的研發(fā)成果介紹中提到石墨烯的加入使得電池在快速充電、充放電循環(huán)次數(shù)、能量密度等方面獲得了極大的改善[133]。另外，華為中央研究院瓦特實驗室于2016年12月1日推出業(yè)界首個高位長壽命石墨烯基鋰離子電池，其使用壽命為傳統(tǒng)鋰電池的2倍。目前，一些研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始對石墨烯在鈉電池、鋰電池、金屬空氣電池甚至是釩氧化還原流電池中的應(yīng)用開展相關(guān)的研究[134]。

3 結(jié)語

目前，電動汽車技術(shù)發(fā)展已經(jīng)逐漸邁過起步階段，現(xiàn)階段多種解決方案已經(jīng)進(jìn)入市場推廣?？傮w而言，鋰電池技術(shù)依舊是研究與推廣的熱點，而鉛酸電池、鎳電池等解決方案由于其對環(huán)境的影響以及欠佳的比能、能量密度等方面，逐漸退出在動力電池方向的應(yīng)用市場。

另外，由于對鋰資源分布、儲量的擔(dān)憂以及為解決目前主流車用電池比能依舊不足的問題，新的解決方案逐漸涌現(xiàn)。這將會引發(fā)新的思考：未來鋰電池技術(shù)在車用動力電池技術(shù)中是否仍舊為主流。最后，隨著石墨烯技術(shù)的逐漸成熟，它與當(dāng)前電池技術(shù)的融合也可能對電池技術(shù)的解決方案帶來深遠(yuǎn)的影響。