前言

目前能夠被電動自行車采用的有以下四種動力蓄電池，即閥控鉛酸免維護蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池。

在現有的所有替代燃料電池里，EV和pHEV無疑是未來減少油耗和減少排放的最好的選擇，從民用車到賽車上的普及，混動和純電動車都已經得到大多數人的認可。在我國來說，受益于了政策的影響，使得新能源車得以以一個史無前例的速度在發展著，而儲能對于EV和pHEV來說相當重要，基于電子產品在技術上的積累，動力電池在發展上有了一定基礎，在一個較高的基礎上的起步，使得在動力電池在如今的應用上也有了相當優秀成績。我們今天就來聊聊這個新能源車的另一顆心臟--動力電池。

在電動車和混動車上，有三個影響其發展的問題，一是應用成本問題，好比如我們買一電動或混動車，由于鋰電池相對較高的價格，最后直接導致的是消費在購買一臺車的時候，要比買普通汽車貴幾萬塊錢，無疑超過消費者對同等級車的消費預算；二是電池的循環壽命和日歷壽命問題，也就是電池的充放電次數和使用時間的問題；三是最不容忽視的安全問題，最近的電動車自燃的新聞也使消費者更加關注這個問題，高品質材料、安全監測和更高的制造標準在安全性的提高方面起到相當重要的作用。然而對于動力電池這一切，你又了解多少呢？

目前能夠被電動自行車采用的有以下四種動力蓄電池，即閥控鉛酸免維護蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池。

1、鉛酸蓄電池

目前市場上能夠大量提供的是鉛酸蓄電池，鉛酸蓄電池已經有130年的歷史了，可以說是使用最多的蓄電池。它的性能可靠，生產工藝成熟，價格也較低。目前已商品化的電動自行車的絕大多數是使用的密封式鉛酸蓄電池，使用中不需要補充水分，免維護。其主要化學反應是：pbO2+2H2SO4+pb←充電、放電→phSO4+2H2O+phSO4

鉛酸蓄電池充電時變成硫酸鉛的陰陽兩極的海綿狀鉛把固定在其中的硫酸成分釋放到電解液中，分別變成海綿狀鉛和氧化鉛，電解液中的硫酸濃度不斷變大；反之放電時陽極中的氧化鉛和陰極板上的海綿狀鉛與電解液中的硫酸發生反應變成硫酸鉛，而電解液中的硫酸濃度不斷降低。當鉛酸蓄電池充電不足時，陰陽兩極板的硫酸鉛不能完全轉化變成海綿狀鉛和氧化鉛，如果長期充電不足，則會造成硫酸鉛結晶，使極板硫化，電池品質變劣；反之如果電池過度充電，陽極產生的氧氣量大于陰極的吸附能力，使得蓄電池內壓增大，導致氣體外溢，電解液減少，還可能導致活性物質軟化或脫落，電池壽命大大縮短。

鉛酸蓄電池重量比能量為28-40Wh/Kg，體積比能量64-72Wh/I，太重、太大，而能提供的電能較少，使用壽命較短，作為電動自行車的動力電源一般只能夠使用一年左右，若是性能差或使用不當的只有二、三個月。此外，鉛酸蓄電池還有深度放電能力和低溫放電能力較差，不能快速充電（但是近來在鉛酸蓄電池的快速充電的研究方面已有些進展）等缺點。鉛酸蓄電池的改進型膠體鉛酸蓄電池，用膠體電解液代換硫酸電解液，在安全性、蓄電量、放電性能和使用壽命等方面較普通鉛酸蓄電池有改善。但是總而言之，從長遠看，鉛酸蓄電池在電動車上的利用前景不佳。報廢的鉛酸蓄電池因廢棄會造成二次污染，這也是有些地方政府不肯支持電動自行車大量上路的重要原因之一。

2、膠體鉛酸蓄電池

膠體蓄電池是對液態電解質的普通鉛酸蓄電池的改進。它采用凝膠狀電解質，內部無游離的液體存在，在同等體積下電解質容量大，熱容量大，熱消散能力強，能避免一般蓄電池易產生的熱失控現象；電解質濃度低，對極板腐蝕弱；濃度均勻，不存在酸分層的現象。

上述改進使其在多項重要性能優于閥控式鉛酸免維護蓄電池，例如：使用性能穩定，可靠性高，使用壽命長，對環境溫度的適應能力（高、低溫）強，承受長時間放電能力、循環放電能力、深度放電及大電流放電能力強，有過充電及過放電自我保護，電池在100%放電后仍可繼續接在負載上，在幾周內充電仍可恢復至原容量等等優點。

3、鎳氫蓄電池（Ni-MH）

鎳氫蓄電池是九十年代涌現出的電池家族中新秀，發展迅猛。Ni-MH電池的電極反應為：

正極：Ni（OH）2+OH-=NiOOH+H20+e-

負極：M+H2O+e=MHab+OH-Ni（OH）2+M=NiOOH+MHab

它和鎳鎘蓄電池同屬堿性蓄電池，只是以吸藏氫氣的合金材料（mh）取代鎳鎘蓄電池中的負極材料鎘cd、電動勢仍為1.32v。它具備鎳鎘蓄電池的所有優異特性，而且能量密度還高于鎳鎘蓄電池。主要優點是：比能量高（一次充電可行使的距離長）；比功率高，在大電流工作時也能平穩放電（加速爬坡能力好）；低溫放電性能好；循環壽命長；安全可靠，免維護；無記憶效應；對環境不存在任何污染問題，可再生利用，符合持續發展的理念。但是，Ni-MH蓄電池成本太高，價格昂貴。

4、鋰離子電池

鋰是世界最輕的金屬，構成電池時，輸出電壓近4v。鋰離子電池是1990年由日本索尼公司首先推向市場的新型高能蓄電池。其優點是比能量高，是當前比能量最高的蓄電池。已經在便攜式信息產品中獲得推廣應用。1995年，索尼公司又開發成功用于電動車的鋰離子蓄電池，共分兩種類型：一種是用于純電動車（EV）容量為100Ah的圓柱形單體電池，稱為高能型鋰離子蓄電池；另一種是用于混合動力車（HEV），容量為22Ah，8只串聯成電池模塊，但其輸出功率為前者的2.7倍，稱為高功率型鋰離子電池。高能型電池已于1996年裝在日產汽車公司開發的第一輛鋰離子電動汽車上（日產Al-traEV），在北京第一屆國際電動車展覽會上展出。該車一次充電可行駛200km，最高時速120Km/h。

鋰離子電池被普遍認為具有如下的優點：比能量大；比功率高；自放電小；無記憶效應；循環特性好；可快速放電，且效率高；工作溫度范圍寬；無環境污染等，因此有望進入21世紀最好的動力電源行列。預計在2006～2012年期間，當鋰離子電池進一步發展時，MH/Ni蓄電池的市場份額將縮小。鋰離子市場份額將會擴大。目前也已經有采用鋰離子蓄電池的電動自行車產品出售。

由于鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池是綠色蓄電池，不會因廢棄造成二次污染，容易被政府環保部門接受，并且有較好的出口前景，目前雖然價格比較貴，仍有較大降價空間，應該大力提倡。

什么時候對電動車蓄電池進行充電最佳？當電動車上的電量顯示表指針在最低或即將接近最低位置時，對電動車進行充電是最佳，有利于蓄電池的使用壽命。如您每天騎行里程在5-10km之內，建議您不要充電，也就是說不要短里程、勤充電。否則會造成電池使用壽命提前終止。

是否可以對單個或其中幾個電池進行置換或另作它用？當您的電動車蓄電池其中一個或幾個電池出現故障后，要整組更換，不得單獨調換其中那只存在故障的電池。僅維護電池可酌情這樣操作。特別提醒您：一組電池不得將其中一個或幾個另作它用。

鋰電池具有著相對較高的比能量和比功率，為車輛提供更好的加速性能，相比鎳氫電池有更短的充放電時間，并且能在適當的電池管理下能使鋰電池有更長的使用壽命，因為鋰電池幾乎不存在記憶效應，是現在公認的新能源車儲能方面最好的解決方案。

但是事情總不是看起來這么順利，鋰電池也是有缺點的，它的價格相對更加昂貴，對于成本方面的控制是一大難題；除此之外，鋰是一種非常易燃的物質，不能被普通ABC滅火器所熄滅，如不對其進行合理的使用與管理那也是相當危險，所以現在大多數廠家都通過改變電池的化學成分來解決這個安全問題，例如我們現在較常見的磷酸鐵鋰電池等，這解決了鋰易燃的缺點；而且相對鎳基材料，鋰離子相對來說對于環境更友好。

如果說電芯是電池不可或缺的器官，而電芯的材料則是電池的基因，也就是電池有什么樣的表現，電芯的材料起到了基礎性的作用。

材料的選擇也是相當重要。下表這些都是可供選擇的正極材料。在鋰電池中，正極材料是最關鍵的原材料，占了30%的電池成本，但也其實并不是所有材料都適合應用于動力電池。

而且磷酸鐵鋰的熱失控點較高，相比來說也會更加安全。

而對于乘用車來說，需要能量密度更高的三元鋰電池，現在達到約170Wh/kg這個數字，更多的優化手段可以很快使來使之達到200Wh/kg+，至于什么手段，這涉及到商業機密，企業并沒有透露，據寧德時代的介紹，再加入硅的話，他們能將能量密度做到將近300Kwh/kg這樣的好成績；不過在上面的表中也有說到，三元鋰電池的熱失控溫度要比磷酸鐵鋰電池的要低出不少，據寧德時代介紹，他們通過優化材料本身和電解液體系等一系列方法來彌補三元鋰電池的這一硬傷來實現更佳的安全性。

負極材料：做為負極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料，通常可以分為軟碳、硬碳和石墨等。

那么，想實現更高的續航里程還要怎么做呢？

雖說硅的理論克容量更高，但是并不適合單獨做為負極材料，所以使用硅與石墨的混合和復合，通過硅的特性來提高電芯整體的能量密度。

寧德時代采用了高克容量的正極和負極，使之達到更高的質量能量密度和體積密度，以此來實現電池更高的續航里程，進一步解決純電行駛里程不足的弊端。并且三元正極在往高鎳、高電壓的方向發展，而負極方面則是往含硅的負極和鋰金屬方向發展，鋰金屬可以達到更高的能量密度，理論克容量約3600，雖不如硅高，但是勝在負極材料可以使用純鋰金屬材料，而硅不能用純硅。

負極方面：我們知道了在充電的時候，是鋰離子從負極通過電解液運動到正極這樣一過程，提高充電能力達到“快充”這個目的就是要解決怎么使負極快速地接收鋰離子。普通我們所使用的負極材料石墨是長程，且有序排列的，而鋰離子是從石墨端面進入的，長程有序

這就使得端面較少，使得鋰離子進入負極的時間就慢，所以要實現”快充”，寧德時代告訴我們，需要開發出一些端面是短程無序的石墨，這樣可以使鋰離子有更多的通道進入到負極。

電解液方面：可以添加一些添加劑等技術來優化其傳導鋰離子的能力。

正極方面：在提高充電能力上，需要提高正極本身的導離子能力的優化，并且還需要調整其配方，來提高鋰離子的導電性。

所以，通過正負極和電解液的優化，來整體地實現電池的充電能力。

據了解，CATL的事故率至今還是0起，他們的高安全性能是怎么做到的呢？

對于企業的具體做法，他們還是有著很高的保密規定，但我們可以知道，CATL從這些角度出發來優化電芯的安全性，進一步提高電池的安全性，當然電池的安全性遠不是靠優化電芯就能實現，還有模組結構、電池包結構、電池管理系統架構與策略和安全性與可靠性冗余設計等等。