電動汽車在中國、美國及歐盟國家的廣泛普及屢受牽制,電池技術(shù)的不成熟是原因之一。目前電動汽車采用的電池主要為鋰離子電池，在成本、性能、穩(wěn)定性方面都有待提高。市面上所使用的主流鋰電池之一是以特斯拉電動汽車為代表的鈷酸鋰電池，它普遍運(yùn)用于小型設(shè)備中，綜合性能突出，但成本高、安全性差，一度被認(rèn)為是特斯拉電動車著火的原因。另一種是以比亞迪為代表的磷酸鐵鋰電池，它穩(wěn)定可靠，但能量密度低，被大量應(yīng)用在汽車、儲能電站上。除此之外，電池的壽命、體積、充放電和續(xù)航能力等也在制約電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

“鋰電池技術(shù)目前的確有一定的缺陷，但我認(rèn)為隨著科技的發(fā)展，在不久的將來都能解決這些問題。實(shí)際上，考慮到目前電池技術(shù)的成熟度，電動汽車現(xiàn)有的故障率還是相當(dāng)樂觀的。”英國工程技術(shù)學(xué)會（IET）會士PhilBlythe先生表示，“我相信市場正在拉動電動汽車的發(fā)展，人們早晚會研究出合適的解決方案。很多公司也在表示近期會有新的電池技術(shù)問世。我個人也認(rèn)為電動汽車正在向大眾認(rèn)可的主流方向發(fā)展，更好、更輕、性能更高的電池將會是市場需求。消費(fèi)需求推動著科技創(chuàng)新，而消費(fèi)也正是研發(fā)資金來源的保障，電池技術(shù)在筆記本電腦和手機(jī)領(lǐng)域的革命性突破就是一個很好的例證。”

“電動汽車企業(yè)應(yīng)該讓電動汽車技術(shù)走向街頭，給消費(fèi)者提供親身體驗(yàn)的機(jī)會。同時，企業(yè)需要與當(dāng)?shù)爻鞘泻偷缆饭茌牪块T緊密合作建設(shè)高效的充電設(shè)施。另外，企業(yè)有責(zé)任清楚地告知公眾，電動汽車的優(yōu)勢不僅在于降低二氧化碳排放，而且可以減少污染，讓城市更清潔，進(jìn)而提高人們的健康水平。”PhilBlythe先生補(bǔ)充說。

PhilBlythe先生是英國工程技術(shù)學(xué)會會士和特許工程師，英國皇家工程院電動車輛指導(dǎo)委員會會員，智能交通系統(tǒng)英國電動車輛工作小組主席，紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)土木工程與地理科學(xué)學(xué)院智能交通系統(tǒng)教授。他是智能交通領(lǐng)域的專家，研究領(lǐng)域主要集中在科技與政策的融合，包括道路使用管理，智能芯片系統(tǒng)，移動信息提交系統(tǒng)等方面，在許多國際性的，歐洲和國家的機(jī)構(gòu)中占有一席之地。Phil先生近期在英國和歐洲引領(lǐng)了大量關(guān)于電動車輛及其相關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的研究。

電動汽車等待對的電池

如果你有幸造訪美國加州像拉霍亞(LaJolla)這些超級富豪云集的地區(qū),或者去到像芒廷維尤(MountainView)這些高科技公司扎堆的地方,就有機(jī)會領(lǐng)略未來。

確切地說,領(lǐng)略汽車業(yè)未來。特斯拉、日產(chǎn)聆風(fēng)和豐田普銳斯或類似的汽車,在路面上比比皆是。電動汽車和混合動力汽車與普通燃油汽車在車流中交相輝映；許多企業(yè)、購買中心和家庭也都安裝了充電樁。

如果電動汽車廠商們果真如愿以償,這就是我們在某個時段都會置身于其中的未來;汽車廠商們正不惜投入巨資,讓這一幕成為現(xiàn)實(shí)。問題是,將小片地區(qū)的需求變成全國地區(qū)的需求有多容易?

在加州另一處,埃隆·馬斯克(ElonMusk)創(chuàng)辦的特斯拉汽車公司(TeslaMotors)最近提議計劃,在尚未披露的美國西南地區(qū)新建一家巨型電池工廠(具體廠址成了熱議話題)。這個所謂的“千兆工廠”預(yù)計造價高達(dá)50億美元,定于2020年生產(chǎn)的鋰離子電池可滿足50萬輛汽車的需求——年產(chǎn)量超過2013年全球年產(chǎn)量。

可是一些人士認(rèn)為,等到這家工廠破土開張,特斯拉的計劃到時似乎就過時了。IHSAutomotive是領(lǐng)先的全球汽車業(yè)務(wù)情報提供商,該公司的高級規(guī)劃主管菲爾·戈特認(rèn)為,特斯拉的宏偉計劃“恐怕考慮欠周”。原因是,正在研發(fā)的新技術(shù)有望提供更出色的替代技術(shù),解決專家們所說的電動汽車面臨的最大阻礙因素之一。

電動汽車面臨的這個問題就是,電池又大又重；因而,安裝上去的電池數(shù)量很有限。比如說,特斯拉ModelS的鋰電池組平鋪在汽車地板上,大概長2米、寬1.2米。在頂級配置車型中,鋰電池組提供大約300英里(482公里)的行駛里程,之后就需要插入充電樁充電。日產(chǎn)聆風(fēng)充一次電可以跑80英里(128公里)左右。除此之外,充電過程比起只需加油要慢得多。

那么,如何才能生產(chǎn)出性能更好的電池?從最基本層面來說,電池含有正負(fù)極、隔板和電解質(zhì)。許多不同類型的材料可以用作電解質(zhì),不同的材料組合讓電池可以貯存不同數(shù)量的能量。不過,要是材料發(fā)生變化,電池續(xù)航時間和安全特征也隨之變化,所以總是少不了折中辦法。鋰離子電池大行其道,但發(fā)生過鋰電池在飛機(jī)上短路起火的事件,因而攜帶受嚴(yán)格限制。任何活性更強(qiáng)或不穩(wěn)定的電池都有安全隱患。不過,如果設(shè)計出最佳的材料組合,有望獲得巨大回報。

在最近研究工作之前的數(shù)十年中,電池技術(shù)已得到了一系列改進(jìn)。

最先問世的是鉛酸電池,這種電池今天仍然廣泛應(yīng)用于汽車,它們個頭龐大。接著出現(xiàn)了鎳鎘(NiCad)電池,這種可充電電池由此開啟了便攜式技術(shù)唱主角的新時代:筆記本電腦和手機(jī)等移動設(shè)備,還有我們小時候的遙控汽車。再后來出現(xiàn)了鎳氫(NiMH)電池,電池容量或能量密度大概翻了一番。現(xiàn)在,現(xiàn)代化的設(shè)備和電動汽車普遍使用鋰離子(Li-ion)電池。

展望未來,準(zhǔn)備迎接名字越來越復(fù)雜的電池技術(shù),比如鋰鎳錳鈷氧(LiNiMnCo)電池。這種材料的特性很復(fù)雜;眼下,研究人員致力于不僅搞清楚為何這些材料能工作,還要搞清楚如何工作——電子在材料中移動的基本物理原理。

丹尼爾·亞伯拉罕(DanielAbraham)是美國阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)家,他說:“我們阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室在研究一些材料,它們有望將電池當(dāng)前的能量密度提高一倍。我們先夢想或設(shè)想想要處理的材料,然后努力在實(shí)驗(yàn)室合成材料。”

目前,備受矚目的幾種電池包括:鋰空氣電池(更確切地說是鋰氧氣電池)和鋰硫電池。若能做到可以在各種條件下正常工作,鋰氧氣電池的性能有望比目前的鋰離子電池大幅提升,提高整整一個數(shù)量級。亞伯拉罕說:“這是當(dāng)前一個非常熱門的研究領(lǐng)域。”

的確,大眾汽車公司最近暗示,它在研究鋰空氣電池。由于開發(fā)工作還沒有最終完成,大眾采用的具體的化學(xué)/材料組合還沒有透露。這家公司的工程師們甚至不愿表示這項(xiàng)技術(shù)已在汽車中進(jìn)行了測試,還是仍處在“實(shí)驗(yàn)臺”階段。

不過,雖然這項(xiàng)技術(shù)有望帶來變革,但想要生產(chǎn)出工作起來持續(xù)、可靠、安全的鋰空氣電池,還面臨一大堆技術(shù)挑戰(zhàn)。到目前為止,試驗(yàn)證明電極很不穩(wěn)定。

不過世界各地的實(shí)驗(yàn)室正在努力破解這個難題,試圖克服種種缺點(diǎn)。但愿更重視這些“超鋰離子”技術(shù),會確保研發(fā)過程加快,并從長遠(yuǎn)來看,確保汽車跑得更快、跑得更遠(yuǎn)。

電動汽車強(qiáng)“心臟”：4種電池技術(shù)分析

電動汽車的發(fā)展離不開電池的革新，在許多文章中都有提到過電動汽車的電池的續(xù)航能力、充電不便等電動汽車目前面臨的問題。在我們在抱怨的時候，電動汽車的電池技術(shù)真的在止步不前嗎？其實(shí)不是這樣的，大廠商也在不斷地革新著電動汽車的電池質(zhì)量和電容量的問題。目前市場上有這樣幾種電池：鉛酸蓄電池、磷酸鐵錳鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鈷酸鋰電池和三元聚合物鋰電池等，而且目前電動汽車的續(xù)航能力也得到了改善，那么，現(xiàn)在的電池技術(shù)的具體情況如何呢？

鉛酸蓄電池是平日里最常見的電池，主要的優(yōu)點(diǎn)是電壓穩(wěn)定、價格便宜，但同時也存在著比能低、使用壽命短和日常維護(hù)頻繁等問題。在國內(nèi)，鉛酸蓄電池在國內(nèi)的低速電動汽車上的應(yīng)用很是普遍，除了上面提到的優(yōu)點(diǎn)外，這種電池的價格也比其他的電池價格低。鉛酸蓄電池有2V、4V、6V、8V、12V和24V等系列，容量從200mAh到3000mAh。那么現(xiàn)在算一下鉛酸蓄電池的放電時長，這里有個公式，可以用來粗略的計算一下：額定容量×放電容量倍率×〔1＋溫度系數(shù)×（環(huán)境溫度－25）〕/放電電流=放電時長。鉛酸蓄電池雖然價格低廉，但是電池的續(xù)航能力比較低。所以，電動汽車上的完全由這種電池來提供能源并不是太合適。

磷酸鐵錳鋰電池：比亞迪的電池技術(shù)

近日，比亞迪董事長王傳福表示，比亞迪最新研究的磷酸鐵錳鋰電池突破了傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰電池的能量密度限制，達(dá)到了三元材料水平，而在成本控制上比普通的磷酸鐵鋰更加優(yōu)秀，而且已經(jīng)應(yīng)用在了比亞迪電動車上，續(xù)航能力得到了大幅度的提升。

在比亞迪秦這款電動汽車上便應(yīng)用了該種電池，這款電池就是在磷酸鐵鋰路線下的改進(jìn)型，叫磷酸鐵錳鋰，就是在材料里面添加錳元素。這種電池的能量密度已經(jīng)達(dá)到了三元材料的密度。在續(xù)航能力上比現(xiàn)在的磷酸鐵鋰電池更加的持久，由于目前沒有得到確切的價格消息，所以暫時不予比較。

磷酸鐵鋰電池：電動汽車電池的另一種選擇

磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子二次電池，主要用作動力電池，而且它的放電效率較高，倍率放電情況下充放電效率可達(dá)到90%以上，而鉛酸電池大約為80%。在電池中，磷酸鐵鋰電池的安全性也高于其他的電池，理論壽命可以達(dá)到7~8年，實(shí)際使用壽命大約為3~5年，性能價格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。

下面再來說說它的缺點(diǎn)，磷酸鐵鋰電池的價格高于其他類型的電池，而且，電池容量較小，續(xù)行里程短，而且報廢后基本上不能回收再利用，沒有可回收價值。綜上所述，磷酸鋰鐵電池在電動汽車上的應(yīng)用，會使整體的成本提升，而且電池不可回收利用，這樣會造成資源的浪費(fèi)和消耗。

鈷酸鋰電池：TESLA的專屬電池

TESLA電動車的電池采用了松下提供的NCA系列（鎳鈷鋁體系）18650鈷酸鋰電池，單顆電池容量為3100毫安時。TESLA采用了電池組的戰(zhàn)略，85kWh的MODELS的電池單元一共運(yùn)用了8142個18650鋰電池，工程師首先將這些電池以磚、片逐一平均分配最終組成一整個電池包，電池包位于車身底板。

鈷酸鋰電池具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、容量比高、綜合性能突出、但是其安全性差而且成本非常高，主要用于中小型號電芯，標(biāo)稱電壓3.7V。TESLA把這樣的電池組合到一起，安全性就成了一個很需要關(guān)注的問題，TESLA的工程師在電池包內(nèi)的保險裝置分布到每一節(jié)18650鈷酸鋰電池，每一節(jié)18650鈷酸鋰電池兩端均設(shè)有保險絲，當(dāng)電池出現(xiàn)過熱或電流過大時，保險絲會切斷，以此避免因某個電池出現(xiàn)異常情況（過熱或電流過大）時影響到整個電池包。那么，就此來看，鈷酸鋰電池雖然本身存在著缺陷，但是在TESLA的工程師的包裝上安全性基本上可以忽略。顯然，這樣的解決方案還是很適合在純電動汽車上發(fā)展。

鈷酸鋰電池組相對于其他的電池來說續(xù)航里程、電池總?cè)萘恳蚕鄬τ谄渌碾姵匾撸绻捤徜囯姵氐陌踩栽偬岣咭稽c(diǎn)，那么其在電動汽車上的推廣便可以不僅在特斯拉上。電池技術(shù)目前仍在不斷地進(jìn)行著革新，目前三元鋰電池的時代在慢慢到來（磷酸鐵錳鋰電池便是三元鋰電池的一種），那么，電動汽車的發(fā)展，在未來還會不會受電池的禁錮呢？在小編看來，電池不會再成為電動汽車發(fā)展路途上的羈絆，最核心的問題正在慢慢的化解。