對新能源汽車動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)的探討

劉錦堂

摘 要：科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展為汽車行業(yè)帶來了諸多變化與挑戰(zhàn)，最為關(guān)鍵的是在能源動(dòng)力方面的改變，電池技術(shù)的多樣化為汽車發(fā)展帶來不同的經(jīng)濟(jì)效益，因此，本文對新能源汽車動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討，希望對關(guān)注此話題的人有所幫助。

關(guān)鍵詞：新能源洗車 動(dòng)力電池 鋰離子電池 鉛酸電池

引 言

新能源汽車是指采用非常規(guī)的燃料作為汽車的動(dòng)力源，通過電池的動(dòng)力為汽車提供動(dòng)能，但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電池的種類越來越多樣化，現(xiàn)代人們的生活需求以及生活水平為新能源汽車的驅(qū)動(dòng)水平提出了較高的要求。

1新能源汽車動(dòng)力電池的研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)應(yīng)用只要要求其具有一定的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及效益性。在動(dòng)力性能方面，現(xiàn)階段的鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池以及鎳鎘電池等類型，都具有一定的電壓、比功率、比能量和循環(huán)次數(shù)的性能對比，其中鋰離子電池的額定電壓較高，各項(xiàng)功能的比例也較高，其輸出的能量較大，動(dòng)力較強(qiáng)，對于新能源汽車來說在動(dòng)力性能的開發(fā)利用上更具有高效性。在動(dòng)力電池的經(jīng)濟(jì)性能方面，鎳氫電池為300美元/kWh，鋰離子電池的幾個(gè)為170美元/kWh，鎳鎘電池為150美元/kWh，鉛酸電池為90美元/kWh，綜合各項(xiàng)電池的動(dòng)力性能與經(jīng)濟(jì)性能來看，鋰離子電池的動(dòng)力性能較高，能夠?yàn)樾履茉雌囂峁┳銐虻膭?dòng)力行駛一定的里程，且其價(jià)格在各項(xiàng)電池種類中屬于中等水平，由此鋰離子電池對于現(xiàn)階段的新能源動(dòng)力汽車來說經(jīng)濟(jì)效益更高[1]。

另外，污染方面是當(dāng)前新能源動(dòng)力電池研究的重要思考部分，污染方面的問題也受到了國家、研究人員以及社會民眾的廣泛關(guān)注，電能浪費(fèi)的事實(shí)嚴(yán)重限制了新能源汽車的推廣，且制約著新能源汽車的使用，控制成本、減少污染成為目前動(dòng)力電池研究的關(guān)鍵目標(biāo)。

2新能源汽車動(dòng)力電池的關(guān)鍵技術(shù)

2.1鎳金屬電池

2.1.1鎳鎘電池

鎳鎘電池最早用于手機(jī)、游戲機(jī)等電子設(shè)備，其大電流放電特性、充電與放電能力強(qiáng)，且應(yīng)用較為簡單。其缺點(diǎn)在于充電與放電過程中，由于長期的處理不當(dāng)，會出現(xiàn)“記憶效應(yīng)”，即電池在充電之前內(nèi)存的電量沒有被使用干凈，長期的記憶性效應(yīng)會導(dǎo)致電池的容量降低，在放電過程中體現(xiàn)較為明顯。放電過程中，電池極板上會產(chǎn)生小氣泡，小氣泡逐漸增多覆蓋了電池極板的表面，影響電池的容量及其發(fā)電效率。在環(huán)境污染方面，鎳鎘電池中的鎘是有毒物質(zhì)，鎳鎘電池廢用后處理起來較為復(fù)雜，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。

2.1.2鎳氫電池

鎳氫電池與鎳鎘電池相比具有重量較輕、使用壽命較長、對環(huán)境無污染記憶無記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，目前已經(jīng)成為手機(jī)類電子設(shè)備較為常用的電池技術(shù)，目前新能源汽車也將大容量的鎳氫電池應(yīng)用到汽油與電動(dòng)力混合的汽車上，首先，鎳氫電池的儲存量比鎳鉻電池的電量儲備量多30%。在新能源汽車的使用過程中能夠有效提供大容量電源并且記憶效應(yīng)。使得鎳氫電池的使用壽命較長。其次，鎳氫電池的充電與放電速度較快，當(dāng)汽車高度行駛時(shí)，發(fā)電機(jī)所發(fā)的點(diǎn)可以儲備在鎳氫電池中，現(xiàn)階段豐田普銳斯汽車對汽油與電力的混合應(yīng)用，能夠在低速運(yùn)行時(shí)減少燃油消耗，使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。最后，鎳氫電池屬于無污染電池技術(shù)，在電池廢用后的處理方面更加便捷，有效保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

2.2鉛酸電池

鉛酸電池已有157年的應(yīng)用發(fā)展歷程，長期技術(shù)更新與發(fā)展使得其在通信、電力、交通等領(lǐng)域都占據(jù)一定的地位，且在電動(dòng)汽車蓄電池的發(fā)明創(chuàng)造方面也較為成熟。鉛酸電池的正負(fù)電極分別為二氧化鉛和鉛，電解液為硫酸。

2.2.1鉛酸電池的類別

鉛酸電池可分為注水式鉛酸電池和閥控式鉛酸蓄電池兩種，其中注水式的鉛酸電池較為廉價(jià)，在使用過程中需要經(jīng)常維護(hù)，并一定量的補(bǔ)種電解質(zhì)溶液。而閥控式鉛酸電池能夠利用控制閥自動(dòng)調(diào)節(jié)電池體內(nèi)的充電或排出多余氣體，在維護(hù)方面更加方便。

目前我國正在開發(fā)的鉛酸電池應(yīng)用在新能源汽車的類別有水平鉛酸電池、雙擊密封鉛酸電池以及卷式電極鉛酸電池等，另外根據(jù)鉛酸電池的儲蓄結(jié)構(gòu)與用途，可以將鉛酸電池粗略的分為四種類別，分別為啟動(dòng)用鉛酸電池、動(dòng)力用鉛酸電池、固定型閥控密封式鉛酸蓄電池以及其他類別的鉛酸電池，其中啟動(dòng)用鉛酸電池可以用在汽車、船舶與飛機(jī)的啟動(dòng)過程中。動(dòng)力用鉛酸電池能夠?yàn)樾履茉雌囂峁╇妱?dòng)力。

2.2.2鉛酸電池的劣勢

鉛酸電池在性能、原料、價(jià)格方面具有一定的優(yōu)勢，且比功率能夠有效滿足新能源汽車的需要。但比能量低是鉛酸電池的一大劣勢，需要占據(jù)大量的質(zhì)量與體積，才能滿足新能源汽車的供電需求。鉛酸電池還具有使用壽命短、充電后的行駛里程短等缺點(diǎn)，相比之下鉛酸電池的成本較高。

2.3鋰離子電池

鋰離子電池通過鋰離子的在正負(fù)極之間的移動(dòng)進(jìn)行充電與放電，充電與放電過程中，Li+在正負(fù)電極之間往返，形成嵌入和脫嵌運(yùn)行，且兩端的電極材料都是可以滿足Li+嵌入和脫嵌的材質(zhì)，鋰離子電池分為鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、鎳鈷錳酸鋰電池、磷酸鋰電池等多種類型，未來鋰離子電池研發(fā)過程中最為重視磷酸鐵鋰電池與鈦酸鋰電池的發(fā)展。

2.3.1磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池的分子式為LiFePO4，其隔膜材質(zhì)為一種經(jīng)過特殊成型的高分子薄膜，鋰離子能夠從薄膜中的微孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行嵌入和脫嵌，而電子則不能通過。其負(fù)極材質(zhì)為近似于石墨結(jié)構(gòu)的碳。有機(jī)電解液為碳酸酯類溶液[2]。

2.3.2鈦酸鋰電池

鈦酸鋰可以作為電池中的負(fù)極材料，與錳酸鉀、三元材料等正極材料組成鋰離子可充電電池，亦或是鈦酸鋰作為電池中的正極，金屬鋰作為負(fù)極組成鋰離子電池。鈦酸鋰的安全性能高、穩(wěn)定性強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用與新能源汽車中。

結(jié)束語

總而言之，現(xiàn)階段處于新能源動(dòng)力電池開發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵階段，鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池以及鎳鎘電池等動(dòng)力電池的開發(fā)與應(yīng)用，要求汽車企業(yè)加強(qiáng)創(chuàng)新研發(fā)動(dòng)力電池的關(guān)鍵技術(shù)，提高新能源汽車質(zhì)量的同時(shí)提升企業(yè)的競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉繼宏.關(guān)于新能源汽車動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)2018-11-29.

[2] 郭強(qiáng)，鄭燕萍，孫偉明.新能源汽車動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（04）：46-47.