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新能源汽车之动力电池

易金 | 分享财经观点,深挖经济本质 2019/07/22 13:06

电池是新能源汽车的核心部件,本文主要介绍一下在当前的新能源汽车领域的主要电池技术以及未来的发展方向。电池自发展以来,从一次性的电能存储设备变更为可逆性的充放电设备,从大型化向着小型化的方向前进,从化学电池走向物理与化学电池双向发展的局面。不管是锂电池还是太阳能电池,不管是三元电池还是铁锂电池,其要解决的问题主要是以下几个:

1 安全性; 2 容量 ;3 密度

新知达人, 新能源汽车之动力电池

最终的目的就是尽可能提供一个长效、安全和有效的移动化能源平台,从而为经济的发展来提供支撑,作为一个基础性的工业产品,不管是现在的电动汽车还是电子产品,无一不受到电池技术发展的掣肘。随着电子化趋势以及电子产品复杂化,用电量会呈现持续上涨的趋势,对能源可移动化的需求也会越来越强。特别是智能化设备以及电动汽车的发展对于小型化、安全有效的移动电能平台的需求促使了电池技术在最近几十年的快速发展。如果我们回想一下,就可以发现,2000年手机电池的容量与目前手机电池的容量是天壤之别,不可不说是一种快速的发展。

不过,电动汽车的电池与其他电池有所区别,因为汽车所经历的运行条件要更为苛刻,对电池的要求更高,比方说,动力电池需要更高的功率,能够适应不同的温度,自放电比例低,寿命要求高,无记忆效应(随时充放电),体积小,重量轻,充电速度快等。需求总量也要高得多,比方说,2017年全国成品油消费量为3.22亿吨,以汽油折算成标准煤4.74亿吨煤,折算成电力约为3.65万亿千瓦时,而2017全社会用电总量约为6.31万亿千瓦时,这也就意味着如果汽车都变成电动汽车,那么电力消耗至少得增加50%以上,这还不包括自然增长以及周边电子产品发展带来的电力消耗。

1 动力电池的发展

电池一般分为三个部分,电池材料、电池单体设计以及电池系统技术三个方面,其中电池材料技术是最关键的部分,因此,这里主要还是以电池材料技术为主要的叙述方向。

动力电池最早使用的是铅酸电池,铅及其氧化物制成作为电极材料,硫酸溶液作为电解液,发展的非常成熟,广泛应用于内燃机的启动能源,有100多年的历史。其优点就是便宜和稳定,缺点是体积大、容量小、寿命短,不能够满足汽车对能量来源的需求。

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镍氢电池的发明缓解了这一问题,正极为镍氢的化合物,负极为金属氢化物,其能量密度大幅度高于铅酸电池,循环寿命长,无污染,可大流量放电,过充和过放能力强,但是物质"活性"较强,成本相对较高,而且对温度敏感,自放电比较严重。

与此同步发展的就是锂电池技术,锂电池在比能量、自放电、寿命以及无记忆效应方面表现非常出色,但是在安全、成本和充电速度方面还有待进一步的增强。目前市场上有钴酸锂、锰酸锂、磷酸鉄锂、和三元电池等。其中,钴酸锂发展的最早,但是寿命和安全性较差,已经慢慢被淘汰出动力电池,目前主要用在消费电池上。锰酸电池在成本上具有优势,但是能量谜底和安全性一般。磷酸铁锂是比亚迪的主打产品,主要是安全性好,寿命长,且有成本优势,可是能量密度一般。而三元电池是最新的技术,能量密度特别高,但是安全性较差,宁德时代正是靠着三元电池技术成为了中国的第一大三元电池供应商。

在其他方面,燃料电池和太阳能电池也在快速发展,但是燃料电池的问题比较困难,因为燃料电池本身没有放弃可移动性,而且氢燃料本身难于获取,存储和运输安全隐患大,目前还很难获得广泛应用。在太阳能电池方面,转换效率和容量依然还没能够解决,暂时也与动力能源没有太大的关联,主要用在民用基础设施上,如太阳能路灯等。

2 动力电池未来的发展方向

对于新能源汽车来说,首先要解决的就是普及问题,要想普及,就得满足人们的出行需求,里程是最为关键的问题,因为大多数人的行程是不确定的,只有增加总里程才能够让满足更多的应用场景需求,才能够被大众所接受。因此未来的动力电池朝着高密度的方面发展肯定是没有错的,至于安全性的问题,可以慢慢来解决。因此,目前来看,三元电池是乘用车电池的的主要应用方向。不过在一些航程固定对外形等要求低的部分如公交车等,低成本以及稳定性依然是重要的因素。不过这些现有的电池还是有其他的发展空间,比方说通过材料的改善和创新来提高电池的密度,不过本质上还是得提高里程。

新知达人, 新能源汽车之动力电池

另一个需要关注的是太阳能电池的发展,虽然目前来看太阳能电池作为汽车动力电池远不能满足能量需求,但是作为辅助的电池能源是一个非常重要的方向。试想着如果自己的汽车在马路上突然没电了,还是可以依靠太阳能来实现能量的临时补充问题,这就会弥补电网非全覆盖的问题,大大提升汽车能源供给的多样性,进一步增加电池作为移动能量来源的平台有效性。

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