论电动汽车电池的现状和发展前景

论电动汽车电池的现状和发展前景

摘要:电动汽车电池的不断发展符合资源节约型和环境友好型社会的建设,电动汽车电池的发展程度直接决定电力工业和汽车行业能否快速有效的结合。文章在简要阐述电动汽车电池的发展历程的基础上,重点论述了我国电动汽车电池的应用现状和发展前景,以期对我国电动汽车电池的发展有所益处。

关键词:电动汽车电池发展历程应用现状应用前景

电动汽车电池对于电动汽车行业的发展来说起着关键作用,其发展程度和发展前景对当前全球经济的可持续发展来说至关重要,发展电动汽车是对全球环境污染和资源损耗巨大的现实选择。

1 电动汽车电池的发展历程

电动汽车行业是全球新兴发展起来的一个行业,其无污染、节约能源的特性使其符合全球经济发展的要求,成为全球汽车产业竞争的重点,作为电动汽车动力的电动汽车电池,对于电动汽车行业的发展至关重要。电动汽车电池的发展程度和发展质量对于整个电动汽车的动力性、经济性和安全性来说都非常关键,受到世界各国的关注。最早启动电动汽车电池纳入国家计划的是德国,其在2009年鼓励德国汽车和能源行业加入汽车用锂电池的开发计划,希望在三年后实现德国电动汽车生产的系列化和批量化,并打响电动汽车商业化生产的枪声。美国也紧跟电动汽车行业发展步伐,提出在2012年实现投入运营的电

动汽车要达到一百万辆,美国密歇根州政府拨付近十亿美元用于推动电动汽车市场化发展。

世界上首辆以电池为动力的汽车是1837年由于阿伯丁制造的,当时掀起了用电池作为驱动能源的热潮。但是由于当时电池技术发展还不成熟,加之合适的电池材料发展缓慢,随着内燃机的推广使用,电动汽车电池被迫退出行业舞台。近代第一台电池电动汽车是1996年由美国通用汽车公司制造的EV1,该汽车以铅酸电池为动力,紧接着1999年通用公司开发了以镍氢电池为动力源的电动汽车二代。与此同时日本丰田汽车公司利用镍氢电池技术制造了将内燃机和电动机相结合的第3代电动汽车,即混合动力车,但是由于竞争力非常低下均快速退出市场。近年来,随着电动汽车电池研究理论和技术不断取得进步,加之全球环境污染日益严重,以锂离子电池技术为代表的电动汽车电池逐渐受到关注,其安全性方面的大幅提高,逐渐成为镍氢电池强劲的竞争者。自2008年全球金融危机和油价攀升以及节能减排的压力下,各国对发展电动汽车达成共识,推动了电动汽车电池的快速发展。

2 电动汽车电池的研究应用现状

当前,电动汽车电池的研究应用主要集中在铅酸蓄电池、镍氢电池和锂离子电池三个方面。

首先,铅酸蓄电池的正极板材料是氧化铅,负极板材料是海绵铅,电解液是硫酸水溶液。其电能释放过程是通过正负极板上的物质和点

解液相互发生化学反应来实现的。当前,电动汽车领域应用最为广泛的就是铅酸蓄电池,是汽车内燃机电器和电子设备的电源剂,生产成本较低,技术较成熟,价格较低廉。在新电动电池不断发过程中,铅酸蓄电池仍在短途公交、旅游观光车等领域占据重要地位。铅酸电池长期充放电致使两极板活性化学物质脱落,缩短电池使用寿命。铅酸电池要获得长远发展,急需解决比能量低的问题和高倍率部分荷电状态时寿命严重缩短的问题。

其次,镍氢电池由镍基和碱性溶液电解液构成,具有比能量较高并对环境无污染的特点,在电动汽车运用方面竞争力较大。镍氢电池的阳极材料为氢氧化镍,阴极材料为钒、锰、镍等合金。其性能指标相对铅酸电池来说,比能体积和密度方面均有了较大的提高,特别是在比功率方面提高了十倍。镍氢电池的运行电压更高、比能量和比功率较好,过度充放电时的耐受性较好。但是镍氢电池在温度过高或过低是电池的使用受限和电池原材料价格昂贵而导致广泛运用受阻。另外电池储存的能量绝大部分没有被实际使用,但由于电动电池技术发展较慢,当前镍氢电池仍是将来电动车使用电池的重要选择。

最后,锂离子电池主要由阳极为石墨(主要为碳)、阴极为锂离子金属氧化物与电解液构成,具有轻巧结实、比能量大的有点。经研究表明,锂离子电池比镍氢电池的工作电压和比能量都更大,而锂离子电池体小质轻、使用寿命长,电量损耗率地,对环境无污染等多项优点使其使用范围应更为广泛。当然,锂离子电池广泛运用于电动汽车还有很

多问题需要解决,如电池的安全性、电池的循环寿命、电池原材料的成本、电池工作温度和材料大规模供应等等。现在市面上常见的锂离子电池容量较小、功率较低,大容量高功率的锂离子电池批量生产仍有很长的一段路要走。

3 电动汽车电池的发展前景

3.1 锂离子电池

由于锂离子电池体小质轻、使用寿命长,电量损耗率地,对环境无污染等多项优点使其成为当今各国能量存储技术研究的热点。在在各国政府政策和财政的支持下,锂离子电池发展较快,产业化生产和经营速度较快。当然锂离子电池正式作为纯电动汽车独立驱动电源,在很多方面还需要提高。比如说比能量、电池性能、寿命和安全性都需要进一步研究和改进。世界各主要车制造商,如丰田、现代、福特等汽车制造公司都致力于开发以锂离子蓄电池为电源的电动汽车,诸多汽车制造公司竞相宣布以锂离子电池为动力的电动汽车将投放市场。其中尤以日本汽车制造商在此方面的研究最为显著,如采用新神户电机生产的高能锂离子蓄电池驱动的Altra纯电动汽车时速可达50 km/h;FTO纯电动汽车上使用的日本蓄电池公司生产的高能锂离子蓄电池完成了2000 km/24 h的考核。当然,锂离子蓄电池广泛应用于电动汽车上海必须完善性能指标、降低成本、提高安全性和使用寿命。

3.2 超级电池

所谓超级电池,就是利用超级电容器为负极,具有组合型电极的新型设计电源,在铅酸蓄电池充放电性能上予以改善,在镍氢电池的基础上提高负极充电效率,大幅延长电池循环寿命,适用于混合动力车等环保机动车。超级电池的符合电动车辆在加速与制动时能量快速吸收和提供的要求,其使用寿命长,大幅提高电动汽车动力源更换周期;其动力强劲,电流放电非常大,充电时间较短,同时超级电池还具有不需要并联额外超级电容器的特征,其未来使用范围非常广泛。从实质上来说,超级电池是传统铅酸蓄电池领域的新型复合能源,使得铅酸电池在小微型电动车和增程式电动车仍有发展余地。

3.3 新电池技术

随着电池技术的发展,各新电池能源被发现,如德国公司研制的KOLIBR电池是一种锂聚合物电池,其在先进的膜技术技术基础上,结合阿尔法聚合物技术,大幅度提高电池性能。另外新电池技术中具有发展的还有锂硫电池,其由单质硫、金属锂和有机电解液组成,具有成本低、环境污染小、比能量高的特点,美国Sion Power公司正在实验室研发阶段的锂空气电池就具有环境污染小、比能量高的特点。

4 结语

全球经济的可持续发展和低碳经济的顺利开展,离不开对资源的高效利用。电动汽车电池在资源节约型和环境友好型社会的建设中具有现实且重要的意义。