摘要：電動(dòng)汽車(chē)電池的不斷發(fā)展符合資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)，電動(dòng)汽車(chē)電池的發(fā)展程度直接決定電力工業(yè)和汽車(chē)行業(yè)能否快速有效的結(jié)合。文章在簡(jiǎn)要闡述電動(dòng)汽車(chē)電池的發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)論述了我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)電池的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景，以期對(duì)我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)電池的發(fā)展有所益處。

電動(dòng)汽車(chē)電池對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)起著關(guān)鍵作用，其發(fā)展程度和發(fā)展前景對(duì)當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)是對(duì)全球環(huán)境污染和資源損耗巨大的現(xiàn)實(shí)選擇。

電動(dòng)汽車(chē)

1、電動(dòng)汽車(chē)電池的發(fā)展歷程

電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)是全球新興發(fā)展起來(lái)的一個(gè)行業(yè)，其無(wú)污染、節(jié)約能源的特性使其符合全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，成為全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)，作為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力的電動(dòng)汽車(chē)電池，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。電動(dòng)汽車(chē)電池的發(fā)展程度和發(fā)展質(zhì)量對(duì)于整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和安全性來(lái)說(shuō)都非常關(guān)鍵，受到世界各國(guó)的關(guān)注。最早啟動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)電池納入國(guó)家計(jì)劃的是德國(guó)，其在2009年鼓勵(lì)德國(guó)汽車(chē)和能源行業(yè)加入汽車(chē)用鋰電池的開(kāi)發(fā)計(jì)劃，希望在三年后實(shí)現(xiàn)德國(guó)電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)的系列化和批量化，并打響電動(dòng)汽車(chē)商業(yè)化生產(chǎn)的槍聲。美國(guó)也緊跟電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展步伐，提出在2012年實(shí)現(xiàn)投入運(yùn)營(yíng)的電動(dòng)汽車(chē)要達(dá)到一百萬(wàn)輛，美國(guó)密歇根州政府撥付近十億美元用于推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)化發(fā)展。

世界上首輛以電池為動(dòng)力的汽車(chē)是1837年由于阿伯丁制造的，當(dāng)時(shí)掀起了用電池作為驅(qū)動(dòng)能源的熱潮。但是由于當(dāng)時(shí)電池技術(shù)發(fā)展還不成熟，加之合適的電池材料發(fā)展緩慢，隨著內(nèi)燃機(jī)的推廣使用，電動(dòng)汽車(chē)電池被迫退出行業(yè)舞臺(tái)。近代第一臺(tái)電池電動(dòng)汽車(chē)是1996年由美國(guó)通用汽車(chē)公司制造的EV1，該汽車(chē)以鉛酸電池為動(dòng)力，緊接著1999年通用公司開(kāi)發(fā)了以鎳氫電池為動(dòng)力源的電動(dòng)汽車(chē)二代。與此同時(shí)日本豐田汽車(chē)公司利用鎳氫電池技術(shù)制造了將內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)相結(jié)合的第3代電動(dòng)汽車(chē)，即混合動(dòng)力車(chē)，但是由于競(jìng)爭(zhēng)力非常低下均快速退出市場(chǎng)。近年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車(chē)電池研究理論和技術(shù)不斷取得進(jìn)步，加之全球環(huán)境污染日益嚴(yán)重，以鋰離子電池技術(shù)為代表的電動(dòng)汽車(chē)電池逐漸受到關(guān)注，其安全性方面的大幅提高，逐漸成為鎳氫電池強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)者。自2008年全球金融危機(jī)和油價(jià)攀升以及節(jié)能減排的壓力下，各國(guó)對(duì)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)達(dá)成共識(shí)，推動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)電池的快速發(fā)展。

電動(dòng)汽車(chē)

2、電動(dòng)汽車(chē)電池的研究應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，電動(dòng)汽車(chē)電池的研究應(yīng)用主要集中在鉛酸蓄電池、鎳氫電池和鋰離子電池三個(gè)方面。

首先，鉛酸蓄電池的正極板材料是氧化鉛，負(fù)極板材料是海綿鉛，電解液是硫酸水溶液。其電能釋放過(guò)程是通過(guò)正負(fù)極板上的物質(zhì)和點(diǎn)解液相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前，電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的就是鉛酸蓄電池，是汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)電器和電子設(shè)備的電源劑，生產(chǎn)成本較低，技術(shù)較成熟，價(jià)格較低廉。在新電動(dòng)電池不斷發(fā)過(guò)程中，鉛酸蓄電池仍在短途公交、旅游觀光車(chē)等領(lǐng)域占據(jù)重要地位。鉛酸電池長(zhǎng)期充放電致使兩極板活性化學(xué)物質(zhì)脫落，縮短電池使用壽命。鉛酸電池要獲得長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，急需解決比能量低的問(wèn)題和高倍率部分荷電狀態(tài)時(shí)壽命嚴(yán)重縮短的問(wèn)題。

其次，鎳氫電池由鎳基和堿性溶液電解液構(gòu)成，具有比能量較高并對(duì)環(huán)境無(wú)污染的特點(diǎn)，在電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)用方面競(jìng)爭(zhēng)力較大。鎳氫電池的陽(yáng)極材料為氫氧化鎳，陰極材料為釩、錳、鎳等合金。其性能指標(biāo)相對(duì)鉛酸電池來(lái)說(shuō)，比能體積和密度方面均有了較大的提高，特別是在比功率方面提高了十倍。鎳氫電池的運(yùn)行電壓更高、比能量和比功率較好，過(guò)度充放電時(shí)的耐受性較好。但是鎳氫電池在溫度過(guò)高或過(guò)低是電池的使用受限和電池原材料價(jià)格昂貴而導(dǎo)致廣泛運(yùn)用受阻。另外電池儲(chǔ)存的能量絕大部分沒(méi)有被實(shí)際使用，但由于電動(dòng)電池技術(shù)發(fā)展較慢，當(dāng)前鎳氫電池仍是將來(lái)電動(dòng)車(chē)使用電池的重要選擇。

最后，鋰離子電池主要由陽(yáng)極為石墨(主要為碳)、陰極為鋰離子金屬氧化物與電解液構(gòu)成，具有輕巧結(jié)實(shí)、比能量大的有點(diǎn)。經(jīng)研究表明，鋰離子電池比鎳氫電池的工作電壓和比能量都更大，而鋰離子電池體小質(zhì)輕、使用壽命長(zhǎng)，電量損耗率地，對(duì)環(huán)境無(wú)污染等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)使其使用范圍應(yīng)更為廣泛。當(dāng)然，鋰離子電池廣泛運(yùn)用于電動(dòng)汽車(chē)還有很多問(wèn)題需要解決，如電池的安全性、電池的循環(huán)壽命、電池原材料的成本、電池工作溫度和材料大規(guī)模供應(yīng)等等。現(xiàn)在市面上常見(jiàn)的鋰離子電池容量較小、功率較低，大容量高功率的鋰離子電池批量生產(chǎn)仍有很長(zhǎng)的一段路要走。

3、電動(dòng)汽車(chē)電池的發(fā)展前景

3.1鋰離子電池

由于鋰離子電池體小質(zhì)輕、使用壽命長(zhǎng)，電量損耗率地，對(duì)環(huán)境無(wú)污染等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)使其成為當(dāng)今各國(guó)能量存儲(chǔ)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。在在各國(guó)政府政策和財(cái)政的支持下，鋰離子電池發(fā)展較快，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)速度較快。當(dāng)然鋰離子電池正式作為純電動(dòng)汽車(chē)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電源，在很多方面還需要提高。比如說(shuō)比能量、電池性能、壽命和安全性都需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。世界各主要車(chē)制造商，如豐田、現(xiàn)代、福特等汽車(chē)制造公司都致力于開(kāi)發(fā)以鋰離子蓄電池為電源的電動(dòng)汽車(chē)，諸多汽車(chē)制造公司競(jìng)相宣布以鋰離子電池為動(dòng)力的電動(dòng)汽車(chē)將投放市場(chǎng)。其中尤以日本汽車(chē)制造商在此方面的研究最為顯著，如采用新神戶(hù)電機(jī)生產(chǎn)的高能鋰離子蓄電池驅(qū)動(dòng)的Altra純電動(dòng)汽車(chē)時(shí)速可達(dá)50km/h;FTO純電動(dòng)汽車(chē)上使用的日本蓄電池公司生產(chǎn)的高能鋰離子蓄電池完成了2000km/24h的考核。當(dāng)然，鋰離子蓄電池廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)上海必須完善性能指標(biāo)、降低成本、提高安全性和使用壽命。

3.2超級(jí)電池

所謂超級(jí)電池，就是利用超級(jí)電容器為負(fù)極，具有組合型電極的新型設(shè)計(jì)電源，在鉛酸蓄電池充放電性能上予以改善，在鎳氫電池的基礎(chǔ)上提高負(fù)極充電效率，大幅延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命，適用于混合動(dòng)力車(chē)等環(huán)保機(jī)動(dòng)車(chē)。超級(jí)電池的符合電動(dòng)車(chē)輛在加速與制動(dòng)時(shí)能量快速吸收和提供的要求，其使用壽命長(zhǎng)，大幅提高電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力源更換周期;其動(dòng)力強(qiáng)勁，電流放電非常大，充電時(shí)間較短，同時(shí)超級(jí)電池還具有不需要并聯(lián)額外超級(jí)電容器的特征，其未來(lái)使用范圍非常廣泛。從實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)，超級(jí)電池是傳統(tǒng)鉛酸蓄電池領(lǐng)域的新型復(fù)合能源，使得鉛酸電池在小微型電動(dòng)車(chē)和增程式電動(dòng)車(chē)仍有發(fā)展余地。

電動(dòng)汽車(chē)電池

3.3新電池技術(shù)

隨著電池技術(shù)的發(fā)展，各新電池能源被發(fā)現(xiàn)，如德國(guó)公司研制的KOLIBR電池是一種鋰聚合物電池，其在先進(jìn)的膜技術(shù)技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合阿爾法聚合物技術(shù)，大幅度提高電池性能。另外新電池技術(shù)中具有發(fā)展的還有鋰硫電池，其由單質(zhì)硫、金屬鋰和有機(jī)電解液組成，具有成本低、環(huán)境污染小、比能量高的特點(diǎn)，美國(guó)SionPower公司正在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段的鋰空氣電池就具有環(huán)境污染小、比能量高的特點(diǎn)。

4、結(jié)語(yǔ)

全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和低碳經(jīng)濟(jì)的順利開(kāi)展，離不開(kāi)對(duì)資源的高效利用。電動(dòng)汽車(chē)電池在資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)中具有現(xiàn)實(shí)且重要的意義。