新能源汽車發(fā)展與電池技術(shù)解析

周茂祥　張廷　楊春旺　李云廣

摘 要：2017年以來我國推行了諸多有利于新能源汽車發(fā)展的政策，涉及到了補(bǔ)貼、設(shè)施、安全、技術(shù)研發(fā)等多個方面和領(lǐng)域。自2017年開始我國造車新勢力如雨后春筍般出現(xiàn)，電動車型和插電式混合動力車型為代表的的新能源車每年銷量逐漸增加。與此同時我國對傳統(tǒng)燃油車排放要求增加，2018年6月22日生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》對重型車排放污染監(jiān)控提出更高的要求，嚴(yán)查移動污染源，降低排放，推動新能源汽車技術(shù)進(jìn)步是我國未來汽車發(fā)展的主旋律。我國于2020年9月的第七十五屆聯(lián)合國大會上明確提出了中國碳達(dá)峰與碳中和的目標(biāo)。后續(xù)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》也提出2035年我國汽車產(chǎn)業(yè)將基本實現(xiàn)電動化轉(zhuǎn)型。同時，近些年電動車和插電式混合動力汽車成為新能源汽車銷售的主力，跟據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查2017年度新能源汽車全年銷售77.7萬輛，2018年度新能源汽車全年銷售125.6萬輛，2019年新能源汽車全年銷售120.6萬輛，2020年度新能源汽車全年銷售136.7萬輛，電池技術(shù)成為促進(jìn)電動車發(fā)展的重要技術(shù)。本文對我國新能源汽車發(fā)展?fàn)顩r與電池技術(shù)進(jìn)行解析，分析行業(yè)動態(tài)與電池技術(shù)。

關(guān)鍵詞：大氣污染 新能源汽車 電動車 電池技術(shù)

New Energy Vehicle Development and Battery Technology Analysis

Zhou Maoxiang Zhang Ting Yang Chunwang Li Yunguang

Abstract：Since 2017， China has implemented many policies that are conducive to the development of new energy vehicles， involving subsidies， facilities， safety， technology research and development and other aspects and fields. Since 2017， new forces in car manufacturing have sprung up. The annual sales of new energy vehicles represented by electric vehicles and plug-in hybrid vehicles have gradually increased. At the same time， China has increased the emission requirements of traditional fuel vehicles. On June 22， 2018， the Ministry of Ecology and Environment issued the "Heavy-duty Diesel Vehicle Pollutant Emission Limits and Measurement Methods （China Phase 6）"， which puts forward a higher level of monitoring of heavy-duty vehicle emissions， which is the main theme of China's future automobile development to strictly investigate mobile pollution sources， reduce emissions， and promote the technological progress of new energy vehicles. At the 75th UN General Assembly in September 2020， China clearly put forward the goal of China's carbon peak and carbon neutrality. The follow-up "Energy-saving and New Energy Vehicle Technology Roadmap 2.0" also proposes that the auto industry will basically achieve electrification transformation in 2035. At the same time， in recent years， electric vehicles and plug-in hybrid electric vehicles have become the main force in the sales of new energy vehicles. According to the data released by the China Automobile Manufacturers Association， the annual sales of new energy vehicles in 2017 were 777，000， and the new energy vehicles in 2018 The annual sales of 1.256 million units， the annual sales of 1.206 million new energy vehicles in 2019， and the annual sales of 1.367 million new energy vehicles in 2020， battery technology has become an important technology to promote the development of electric vehicles. This article analyzes the development status of China's new energy vehicles and battery technology， and analyzes industry trends and battery technology.

Key words：air pollution， new energy vehicles， electric vehicles， battery technology

隨著時代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，政策的推動，環(huán)保逐漸成為最熱門的話題。如何減少碳排量，減少汽車尾氣污染逐漸成為全世界各國政府關(guān)注的重中之重。2021年3月16日，奧迪首席執(zhí)行官馬庫斯·杜斯曼宣布：奧迪不會再開發(fā)新的燃油發(fā)動機(jī)，但會設(shè)法讓現(xiàn)有的燃油發(fā)動機(jī)符合新的排放規(guī)定。言論一出立即引爆網(wǎng)絡(luò)，各大媒體紛紛宣傳，拋棄傳統(tǒng)燃油車，轉(zhuǎn)型新能源汽車已經(jīng)成為諸多車廠未來發(fā)展的趨勢。奧迪并不是第一家宣布后續(xù)轉(zhuǎn)型新能源車研發(fā)的企業(yè)，早在2019年起沃爾沃已經(jīng)停止銷售生產(chǎn)傳統(tǒng)燃油車型，其新車基本上都搭載了混動或者純電動技術(shù)，等到2030年該品牌只出售純電動汽車。與此同時各國也發(fā)布了禁止燃油車銷售的計劃，2025年挪威和荷蘭停止銷售燃油車，2035年德國禁售傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車、印度全面禁售燃油車，2040年英國全面禁售傳統(tǒng)柴汽油車、法國全面禁售燃油車。后續(xù)越來越多的國家發(fā)布了停止燃油車銷售與電動車銷售的計劃。

據(jù)中國公安部交通管理局發(fā)布消息，據(jù)統(tǒng)計，2020年中國機(jī)動車保有量達(dá)3.72億輛，其中汽車2.81億輛，與此同時尾氣排放給國家?guī)砹酥T多環(huán)境壓力。尾氣產(chǎn)生的一氧化碳、氮氧化物會污染空氣給健康帶來傷害，顆粒物會造成PM值超標(biāo)對人體呼吸系統(tǒng)造成損傷，二氧化碳會形成溫室效應(yīng)，使全球變暖。同時石油的大量開采給國家?guī)砹四茉磯毫Γ瑸榱藴p輕對石油的能源依賴，減輕環(huán)境壓力，倡導(dǎo)綠色出行，推行新能源汽車技術(shù)發(fā)展，新能源車輛代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油車成為中國的汽車發(fā)展的重點。

自2017年開始，中國逐漸從生產(chǎn)、銷售、使用等各個方面對新能源汽車進(jìn)行了重點扶持。僅僅2017一年中國累計出臺了36項新能源汽車相關(guān)政策，涉及到了補(bǔ)貼、設(shè)施、安全、技術(shù)研發(fā)等多個方面和領(lǐng)域。自2017年開始中國新能源汽車逐步實現(xiàn)井噴式發(fā)展，銷量也逐年進(jìn)步，根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會對外發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示2016年中國新能源汽車產(chǎn)量51.7萬輛，銷量50.7萬輛。等到2020年已經(jīng)達(dá)到了新能源汽車產(chǎn)量136.6萬輛，銷量137.7萬輛。隨著技術(shù)的進(jìn)步和政策的扶持，中國新能源汽車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)呈現(xiàn)了巨大飛躍，5年時間產(chǎn)量和銷量都實現(xiàn)了翻倍增長。

如今，新能源汽車尤其是電動汽車成為了中國國內(nèi)很多消費者購車首選。通過蓋世汽車網(wǎng)查詢，據(jù)乘聯(lián)會發(fā)布的車輛銷售數(shù)據(jù)顯示：2020年度特斯拉Model3車型年度銷量27531輛，作為對比國內(nèi)造車新勢力車型：理想ONE 2020年度銷量32624輛，蔚來ES6 2020年度銷量27961輛，威馬EX5 2020年度銷量22236輛，小鵬P7 2020年度銷量15315輛。國內(nèi)造車新勢力各大車企2020年銷售數(shù)據(jù)表現(xiàn)優(yōu)異，熱門車型銷量完全不輸給特斯拉這類世界知名品牌。隨著新能源汽車的熱銷，對新能源車的一些性能參數(shù)，尤其是電動汽車?yán)m(xù)航里程、充電速度、安全、故障率成為了諸多消費者關(guān)注的熱門話題。

通過在中國國內(nèi)專門做汽車缺陷統(tǒng)計的車質(zhì)網(wǎng)上調(diào)查，2020年中國電動汽車投訴總量達(dá)到1837例，相比2019年上漲30.9%。消費者投訴的故障有相當(dāng)多的一部分與電池有關(guān)，比如：電池故障、續(xù)航里程等。這些故障已成為國內(nèi)純電動汽車普遍存在的問題。因此動力電池問題是消費者重點關(guān)注的熱點問題，目前電動汽車使用的電池技術(shù)包括磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，兩款電池的的負(fù)極、電解液及隔膜等均類似，最大的區(qū)別在于正極材料，磷酸鐵鋰電池的正極是磷酸鐵鋰，而三元鋰電池的正極是由鎳鈷錳或鎳鈷鋁三種材料按一定配比組成的。

磷酸鐵鋰電池的能量密度相對較低能達(dá)到140Wh/kg，當(dāng)氣溫抵達(dá)-20℃時，電池衰減可達(dá)到30%以上，低溫下電阻增大，導(dǎo)電性能較差，因此在抗低溫性能與能量密度是磷酸鐵鋰電池的弱點。該電池性能穩(wěn)定，化合物本身分解溫度可以達(dá)到700℃-800℃，難以分解從而杜絕了氧氣的形成，避免形成連鎖效應(yīng)，因此安全性能更高。磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命長，能達(dá)到3500-4000次左右，因此此類電池在使用過程中不會在短時間內(nèi)出現(xiàn)較大的衰減。這種電池正極材料不含有重金屬和稀有金屬，因此造價低且不會造成重金屬污染。

三元鋰電池電池單體密度能達(dá)到240Wh/Kg，與磷酸鐵鋰電池相比能量密度有著明顯的優(yōu)勢，所以磷酸鐵鋰電池的能量密度更高更利于制造出高續(xù)航的車型。通過電池低溫試驗研究，當(dāng)氣溫達(dá)到-30℃，電池衰減量不到15%。因此在電池能量密度和抗低溫性能上三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池有著明顯的優(yōu)勢。當(dāng)三元鋰電池做針刺試驗時，電池會發(fā)生劇烈反應(yīng)，三元鋰電池內(nèi)部化合物本身分解溫度在200℃-300℃，電池溫度一旦過高，三元鋰電池會釋放氧氣，從而進(jìn)一步加劇反應(yīng)。研究表明三元鋰電池循環(huán)次數(shù)只能達(dá)到1500次左右，電池能量密度會發(fā)生明顯的衰減。而且三元鋰電池內(nèi)部含有重金屬，原材料成本高且廢舊電池如果處理不當(dāng)，會產(chǎn)生重金屬污染。

兩種電池互有優(yōu)缺點，三元鋰電池憑借續(xù)航里程高、抗低溫效果好等優(yōu)點，在一些要求高續(xù)航的車上使用率很高。但是磷酸鐵鋰電池憑借性能穩(wěn)定安全性高的優(yōu)點市場占有率也逐步擴(kuò)大。未來電動車市場這兩種電池仍然是市場上的不二之選。

作者簡介

周茂祥：（1988.12—），男，漢族，河北滄州人，本科，中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司工程師。