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关于新能源汽车电池技术的浅析

2019年09月08日 09:16 次阅读

(文章来源:百家号)
       新能源汽车时代拉开大幕,不少人开始考虑买电动汽车。电动汽车和燃油车,外观上区别不大,开起来感觉也差不多,但车壳子里边装的东西,完全是两码事。平时我们爱说汽车有“三大件”:发动机变速箱、底盘;到了电动车上,“三大件”就变成了:电池、电机、电控,如果再加上底盘,就成了“四大件”。

能到车管所上牌的正规电动汽车,用的都是锂电池。准确地说,是锂离子电池。为啥叫锂离子电池?因为这种电池的充放电过程,就是锂离子在正负极之间来回搬家的过程。电池的正负极,就是锂离子的两个家,充电时,锂离子从正极搬到负极里住,放电时,又从负极搬回正极里住。

锂离子电池,是目前最技术最先进的电池之一。这种电池能量密度高,能存的电就多;循环寿命长,能充放电的次数就多,用的年头也长。现在用在电动汽车上的锂电池,主要是两种:磷酸铁锂电池和三元锂电池。名子一听就让人心慌,瞬间想找出中学化学课本复习一下。算了,化学没学好也没关系,毕竟买电动汽车不用先去答一张化学试卷。简单来说,“磷酸铁锂”、“三元锂”,说的是电池的正极材料。

这两种东西,都是锂的复合氧化物。磷酸铁锂电池和三元锂电池,不能简单说哪种好,只能说各擅胜场。磷酸铁锂电池胜在寿命长、安全性好、成本低,但能量密度和低温性能稍逊;三元锂电池胜在能量密度大,存电多,但安全性和寿命稍逊。

关于新能源汽车电池技术的浅析

现在电动汽车都在比赛谁的续航长,所以,能量密度高、存电多的三元锂电池就成了主流。2017年以前,磷酸铁锂电池的份额还高达70%以上,到2018年,三元锂电池的份额就超过磷酸铁锂,现在市面上的这些家用电动汽车,满眼都是三元锂了。都叫三元锂电池,但三元锂跟三元锂也不一样。

为什么叫三元锂电池?很简单,因为电池的正极材料是三元锂;什么是三元锂?就是有三种元素,和锂拉帮结派,组成了复合氧化物小团伙。说是三元,也不是固定的某三种元素,而是分了门派。现在主要有两个山头:镍钴锰算一个,镍钴铝算一个。

先说镍钴铝。我国搞镍钴铝(按元素的缩写,业内又称NCA)的时间比较短,这种电池有一些技术壁垒,目前主要是日本和韩国的企业在生产,特斯拉现在用的三元锂电池,就是日本松下提供的镍钴铝电池。国内主流的三元锂电池,是镍钴锰电池(业内简称NCM)。虽然都叫镍钴锰,镍钴锰跟镍钴锰也不一样,不一样的地方,主要是正极材料中,三种东西的比例不一样。

有心人可能已经留意到,在关于三元锂电池的新闻报道中,经常出现523、622、811的概念,这些数字是什么意思呢?其实也不复杂,说的就是镍、钴、锰所占的比例而已。523,就是镍50%、钴20%、锰30%;622,就是就是镍60%、钴20%、锰20%;811,就是镍80%、钴10%、锰10%;听到这里,估计某些理科没学好的同学又有点儿头大。没关系,听我这个文科生接着娓娓道来。

如果把三元锂电池拆开来说,主要是四部分:正极、负极、电解液、隔膜。正极和负极就不说了,是个电池都有,小学生都知道是什么意思;电解液好比是公路,锂离子在正负极之间来回搬家,就是通过电解液这条公路;隔膜的原理复杂些,大家只需要知道,这玩意儿是用来隔离正负极的就行,不隔离,不就短路了?

三元锂电池能存多少电,主要看正极材料。正极材料就是锂离子的家,这个家的房间多,住的锂离子就多,电池的容量就大。而房间多不多,主要就是看镍钴锰这三种东西的比例怎么搭配。简单来说,“三元”中的镍,主要管的是容量;钴,主要管的是寿命(充放电次数);锰,主要管的是稳定。换句话说,镍多,电池容量就大;钴多,电池寿命就长;锰多,电池安全性就好。

镍用得多,钴和锰的比例必然会减少。电池的寿命和稳定性是不是会受影响?理论上会,但从技术上解决问题也不是不可能,谁知道呢!现在唱主角的无疑就是三元锂电池,而且是“高镍”的三元锂电池。这一方面是政策原因,续航里程长、电池能量密度高的电动汽车,能拿到的财政补贴就多;另一方面是各汽车厂商要抢风头,搞续航里程竞赛,好像谁家的车续航长,谁家的技术就先进。

再过几年,就要看固态锂离子电池了。固态锂电池,电解质由液体变成了固体,电容量大、充电速度快,又没有电解液泄漏起火的风险,可谓理想的动力电池。全球已经有几家公司推出了固态电池的原型电池,也许三五年之内,这种电池就会异军突起。

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