新能源汽車動(dòng)力電池應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

王大金

摘 要：電池技術(shù)是新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，也是影響新能源汽車規(guī)?；a(chǎn)和大范圍普及的重要障礙。新能源汽車動(dòng)力電池包括鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰電池、燃料電池等，眾多動(dòng)力電池技術(shù)中鋰電池的優(yōu)勢(shì)最為明顯、應(yīng)用前景也最為廣泛，所以當(dāng)前鋰電池技術(shù)在新能源汽車上應(yīng)用廣泛，但鋰電池技術(shù)也面臨著許多技術(shù)難度，急需在技術(shù)、成本等方面進(jìn)行突破。從總體上看新能源汽車動(dòng)力電池呈現(xiàn)出智能化、規(guī)模化、合作化的發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)展勢(shì)頭也比較好。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 動(dòng)力電池 應(yīng)用現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)

新能源汽車是以太陽(yáng)能、電能、風(fēng)能等非化石能源作為車用燃料的汽車。新能源汽車在車輛動(dòng)力控制、驅(qū)動(dòng)技術(shù)等方面應(yīng)用了許多先進(jìn)技術(shù)。當(dāng)前新能源汽車以電動(dòng)汽車為主要形式，所面臨的技術(shù)問(wèn)題表現(xiàn)在電池、電機(jī)、電控等方面，其中動(dòng)力電池技術(shù)是新能源汽車技術(shù)問(wèn)題的關(guān)鍵因素，也是社會(huì)各界普遍關(guān)心的新能源汽車發(fā)展問(wèn)題。

一、新能源汽車動(dòng)力電池的主要類型

從總體上看，新能源汽車動(dòng)力電池包括鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰電池、燃料電池等，這些動(dòng)力電池各有優(yōu)劣之處，在新能源汽車上應(yīng)用狀況也各不相同。[1]

鉛酸電池。鉛酸電池是最成熟的電池技術(shù)，當(dāng)前多數(shù)人都認(rèn)為鉛酸電池的環(huán)境污染程度高、技術(shù)水平比較差、使用起來(lái)不方便，應(yīng)當(dāng)逐步淘汰鉛酸電池。事實(shí)上鉛酸電池仍有著廣闊的市場(chǎng)空間，90%以上的低速電動(dòng)車、電動(dòng)自行車等都使用鉛酸電池。近年來(lái)鉛酸電池的性能也有了較大改善，放電功率由20Wh/kg上升至40Wh/kg，使用壽命有350次上升至4000多次。同時(shí)，鉛酸電池可回收技術(shù)也有了較大突破，回收利用率達(dá)到90%左右，這次促使鉛酸電池保持較快發(fā)展勢(shì)頭。

鎳氫及鎳鎘電池。鎳鎘及鎳氫電池具有大倍率放電、記憶效應(yīng)小等特征，被廣泛用于電動(dòng)工具上。當(dāng)前很少有汽車廠家使用鎳鎘或鎳氫電池，僅有豐田普銳斯采用鎳氫電池，但豐田普銳斯高配車型也改用了鋰電池。

鋰電池。鋰電池性能比較優(yōu)越，比能量和比功率已經(jīng)達(dá)到150Wh/kg左右和1600W/kg，并且隨著鋰電能技術(shù)的發(fā)展，鋰電池的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)仍在不斷提高。鋰電池可分為液體和聚合物兩種電解質(zhì)，當(dāng)前聚合物鋰電池是鋰電池發(fā)展的主要方向，聚合物電解質(zhì)鋰電池可分為三元鋰、錳酸鋰等形式，這幾類鋰電池在性能上不分上下，在新能源汽車上也各有應(yīng)用。從總體上看鋰電池是當(dāng)前新能源汽車中最主要的能量來(lái)源形式。

燃料電池。所謂燃料電池就是將氫、甲醇、甲烷等作為燃料，通過(guò)燃料燃燒的方式釋放能量，為汽車提供動(dòng)力。當(dāng)前美國(guó)、歐盟等在燃料電池研究上進(jìn)行了許多投入，并且將燃料電池技術(shù)用于新能源汽車上，但是我國(guó)燃料電池技術(shù)發(fā)展落后，面臨著技術(shù)難度大、技術(shù)配套設(shè)施落后等問(wèn)題。

二、新能源汽車動(dòng)力電池的應(yīng)用現(xiàn)狀

電池技術(shù)是新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，也是影響新能源汽車規(guī)?；a(chǎn)和大范圍普及的重要障礙。只有在動(dòng)力電池技術(shù)上取得新突破，才能很好地解決新能源汽車行駛里程短、生產(chǎn)成本高、總體性能差等問(wèn)題。理想的新能源汽車電池應(yīng)當(dāng)具有電池體積小、續(xù)航里程長(zhǎng)、電池性能好、充電時(shí)間短、電池安全性好等特征，便于維護(hù)或維修。在眾多動(dòng)力電池技術(shù)中，鋰電池的優(yōu)勢(shì)最為明顯、應(yīng)用前景也最為廣泛，所以當(dāng)前鋰電池技術(shù)在新能源汽車上應(yīng)用廣泛，為此，本節(jié)以鋰電池技術(shù)為主，分析新能源汽車動(dòng)力電池的應(yīng)用現(xiàn)狀。[2]

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)中國(guó)大力發(fā)展新能源汽車，以磷酸鐵鋰為主的鋰電池技術(shù)逐步占據(jù)主導(dǎo)地位，此后三元鋰電池技術(shù)又逐步占據(jù)主導(dǎo)技術(shù)。當(dāng)前三元材料動(dòng)力電池體系中鎳鈷錳酸鋰占主導(dǎo)，正在低鎳向高鎳的方向上突破。不過(guò)從總體上看鋰電池技術(shù)的許多技術(shù)指標(biāo)并不理想，仍面臨著電芯價(jià)格高、電芯壽命短、電芯安全性差、電芯能量密度小等問(wèn)題，不能很好地滿足新能源汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求。比如隨著新能源汽車補(bǔ)貼的減少，電芯價(jià)格較高問(wèn)題比較嚴(yán)重，需要將電芯價(jià)格下探到0.7元/Wh，但是現(xiàn)在的電信價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這種要求。當(dāng)前電芯壽命多為8年左右，如果電池使用過(guò)度的話，壽命將難以達(dá)到8年，與10年左右的預(yù)期壽命之間仍有較大距離。同時(shí)電芯安全性、能量密度等都還不夠好，與新能源汽車電池技術(shù)的要求還有較大距離。

此外，電池比能量對(duì)新能源汽車的發(fā)展也有較大影響，當(dāng)前緊湊型轎車的電池能量為40-50kWh，對(duì)應(yīng)的續(xù)航里程為350-400千米;跑車和大型suv的電池能量為110-120kWh，對(duì)應(yīng)的續(xù)航里程為600千米以上。這些續(xù)航里程還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足新能源汽車的發(fā)展要求，然而要增加新能源汽車的續(xù)航里程僅僅依靠增加電池?cái)?shù)量是不夠的，電池?cái)?shù)量越多，體積和重量也會(huì)越多，這樣可能會(huì)影響續(xù)航里程。[3]當(dāng)前國(guó)內(nèi)新能源汽車廠家的電池能量密度都在150kWh/kg左右，續(xù)航里程也都在400左右，這樣的續(xù)航里程還不能很好地滿足用戶需要，許多消費(fèi)者都將1000千米作為新能源汽車?yán)m(xù)航里程上的重要要求，如果續(xù)航里程過(guò)低，往往難以很好地滿足消費(fèi)者需要，并影響新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。在固態(tài)電池上許多汽車廠商都加大了投入和研發(fā)力度，大眾汽車公司就宣布投資1億美元研發(fā)固態(tài)電池，本田、豐田等日本汽車制造商也都在固態(tài)鋰電池技術(shù)上加大了投入力度。但從總體上看固態(tài)鋰電池技術(shù)在短期內(nèi)很難有質(zhì)的突破，新技術(shù)在短期內(nèi)也不可能廣泛用于商業(yè)領(lǐng)域。

三、新能源汽車動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)是世界上最大的新能源汽車生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，在全球新能源電池市場(chǎng)上也占據(jù)重要位置，這些為我國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了良好條件。從總體上看，我國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池呈現(xiàn)出智能化、規(guī)?；?、合作化的發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)展勢(shì)頭也比較好。

首先，技術(shù)智能化。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)行業(yè)都呈現(xiàn)出智能化的發(fā)展趨勢(shì)，同樣汽車動(dòng)力電池技術(shù)也逐步走向智能化，電池研發(fā)、測(cè)試、生產(chǎn)及銷售等都呈現(xiàn)出智能化特點(diǎn)，比如在汽車動(dòng)力電池制造中可以用機(jī)器代替人力，提高工業(yè)生產(chǎn)效率，降低企業(yè)的人力成本。在汽車動(dòng)力電池測(cè)試、維修、使用等過(guò)程中都可以使用智能技術(shù)，提高動(dòng)力電池的智能化程度。

其次，規(guī)模化生產(chǎn)。當(dāng)前許多汽車廠商都面臨著電池成本過(guò)高的問(wèn)題，所以有效降低動(dòng)力電池制造成本成了動(dòng)力電池發(fā)展的重要方向。當(dāng)前降低電池制造成本的方式有兩種：一是以嶄新的技術(shù)提高電池的質(zhì)量及壽命，以此降低動(dòng)力電池成本;二是以規(guī)模化生產(chǎn)的方式降低單位產(chǎn)品的成本，從整體上降低電池成本;三是推動(dòng)電池回收技術(shù)發(fā)展，建立完整的動(dòng)力電池回收產(chǎn)業(yè)鏈，提高動(dòng)力電池回收效率。

此外，合作化發(fā)展。從總體上看新能源汽車動(dòng)力電池是一個(gè)涉及原材料生產(chǎn)、技術(shù)研發(fā)、規(guī)模化生產(chǎn)等多方面內(nèi)容的復(fù)雜系統(tǒng)，許多整合生產(chǎn)鏈、資金鏈、技術(shù)鏈等，建構(gòu)合作共同、共同開(kāi)發(fā)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。比如在動(dòng)力電池生產(chǎn)領(lǐng)域，可以支持中小型企業(yè)的發(fā)展，讓相關(guān)中小企業(yè)都能夠參與到電池生產(chǎn)活動(dòng)，進(jìn)而形成完整的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈;在技術(shù)研發(fā)中要充分發(fā)揮高校、高科技企業(yè)、科研院所的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建構(gòu)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化體系。

新能源汽車是汽車行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)，大力發(fā)展新能源汽車是化解能源短缺、環(huán)境污染等問(wèn)題的重要方式。其中，動(dòng)力電池是新能源汽車的重要組成部分，也是當(dāng)前新能源汽車發(fā)展的技術(shù)短板，所以應(yīng)當(dāng)深入研究新能源汽車動(dòng)力電池所面臨的問(wèn)題，推動(dòng)新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊帆，孔方方.國(guó)內(nèi)外新能源汽車動(dòng)力電池發(fā)展及供求現(xiàn)狀[J].上海汽車，2014（09）.

[2] 鄭香偉.新能源汽車動(dòng)力電池應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2016（23）.

[3] 王建建，劉效磊.新能源專用車市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)判斷[J].專用汽車，2016（3）.