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这与散热条件有关)而言
2017年06月12日 娱乐花边 ⁄ 共 4951字 暂无评论 ⁄ 被围观 25 views+

动力电池一直被视为电动汽车发展最关键的环节,目前锂电池的正极材料主要有钴酸锂、三元材料、磷酸铁锂和锰酸锂等。第一电动网盘点的八大企业13款在售车型中,有6款车型采用三元锂电池,并且集中在2014年及以后推出的车型中。磷酸铁锂电池仍占半数,另外还有磷酸铁锰锂、锰酸锂等电池应用。

进入汽车制造领域之前,比亚迪就致力于电池产品的研发生产,这为比亚迪新能源汽车的发展提供了得天独厚的优势。比亚迪e6、秦、电动客车、专用车等全系产品的电池均为自家生产。

比亚迪e6是目前国产电动汽车中续航里程最长的车型,搭载63kWh磷酸铁锂电池,续航里程300km。目前比亚迪磷酸铁锂电池的能量密度约为130Wh/kg,不及三元材料的密度,因此比亚迪在车上装载了大量电池,来提高续航里程。磷酸铁锂的优势在于稳定性和耐久性,e6在出租车运行中的实际表现足可以证明:从2010年开始先后在深圳投入运营的850台e6电动出租车累计总行驶里程近3亿公里,单车最高行驶里程超67万公里。

磷酸铁锂是比亚迪新能源车型采取的主要电池线,此外比亚迪也在研究磷酸铁锂线下的改进型磷酸铁锰锂。最新公布的第四批新能源车型免购置税目录显示,新款比亚迪e6将搭载全新的磷酸铁锰锂电池,续航里程提升至400km。尽管电池容量增加了19kWh,但整体电池质量反而减重50kg。通过采用磷酸铁锰锂电池替代磷酸铁电池,电池能量密度提升,以“增量不增重”的方式获得续航里程的大幅提升。

戴姆勒也看中了比亚迪的电池技术,双方合作打造的腾势电动汽车采用比亚迪磷酸铁锂电池,新车上市不到一年,但电池续航、稳定性等方面可以参见e6的表现。腾势搭载47.5kWh电池,综合续航里程超过250km。如果比亚迪将磷酸铁锰锂调整为主要的电池方向,未来也有可能在腾势车型上搭载应用,进一步提高续航里程。

上汽荣威E50纯电动汽车采用磷酸铁锂电池,由上海捷新动力电池系统有限公司提供,这家公司由上海和A123合资成立,E50搭载18kWh电池,综合续航里程为120km,与市场上多数电动汽车相比,续航里程显然不占优势。从2012年推出至今,上汽迟迟没有对这款精品小车进行升级,再加上较高的售价,E50去年销量仅有400余辆。

相较纯电动汽车的“止步”,上汽似乎更专注于燃料电池车的发展。荣威950插电式燃料电池车是上汽研发的燃料电池车。上汽采取是插电式燃料电池技术径,除燃料电池堆还配合了一个电驱动发动机。该车续航里程可达400km,加氢只需3-5分钟,可在零下-20℃温度下启动,还拥有外置电源发电功能,通过插电转换器,即可实现对其他电器包括电动轿车的充电功能。

北汽新能源首款电动汽车E150EV采用的是磷酸铁锂电池,中间对电池进行过升级,从21kWh提升到25.6kWh,综合续航里程达160km。去年年底,北汽新能源发布了新一代电动车型EV200和ES210,开始采用三元锂电池。

EV200车型搭载30.4kW三元锂电池,综合工况续航里程达200km;ES210搭载38kWh锂电池,综合续航里程超过175km。北汽新能源所采用的三元电池由电控爱思开科技有限公司提供(北汽与SK合作成立),宣布电池满充满放超过3000次后容量衰减率小于20%。

虽然三元电池发展势头很猛,但北汽新能源并没有放弃磷酸铁锂电池线的另一电池版本,除了电池类型不同外,外观及配置保持一致。EV160搭载25.6kWh磷酸铁锂电池,综合续航里程为160km。电池由ATL普莱德提供,这是北汽更早时期与ATL合作成立的电池公司。根据北汽新能源今年1-4月的产量情况来看,EV系列的磷酸铁锂车型和三元锂车型份额占比接近1:1,消费者很快接受了三元锂车型。

江淮iEV4以及前三代电动汽车均采用磷酸铁锂电池(共推广8000余辆),由国轩高科供应。iEV4搭载19.2kWh电池,续航里程为160km。

在新一代电动汽车iEV5上,江淮开始采用镍钴铝三元电池,由天津力神供应。装载23kWh电池的iEV5续航里程可达200km。无论是续航里程、车速、配置等方面,iEV5都远超前四代车型,而且补贴后售价控制在9万元以内,性价比较高。利用三元材料可以在“里程”和“成本”之间找到好的平衡点。iEV5上市一个月左右的时间,销量就已突破500辆。

启辰晨风是基于日产聆风打造的中国本土化电动汽车,借助了日产成熟的锂电池技术。晨风电动汽车采用锰酸铁电池,由192块电池单体构成的电池包,总重量不到200kg。该车综合续航里程为175km。

与磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料电池相比,锰酸锂电池有优势也有劣势。锰酸锂的能量密度、热稳定性和成本都居中,相对来说热稳定性较差一些。启辰晨风采用自然风冷,以及非凝固装的电解液,通过电解液改变电子移动速度,防止电池温度过高。

吉利与新大洋合作生产的知豆电动车有三元锂和磷酸铁锂电池两种版本,知豆D1、D2的三元锂版均搭载15kWh电池,续航里程达150km。知豆D1磷酸铁锂版搭载12kWh电池,续航里程超过80km。

奇瑞目前热销的高速锂电车型已投入三元锂的“怀抱”,eQ车型搭载22.3kWh电池,综合续航里程达170km,电池由浙江万向亿能动力公司提供。奇瑞2010年曾推出一款瑞麒M1EV电动车,搭载磷酸铁锂电池,但现在已基本停产。

众泰云100装载17.76kWh三元锂电池,续航里程达150km。与奇瑞相似,众泰的老款电动汽车5008EV、M300EV基本停产,未来将推出的全新电动车芝麻E30、E200A和E200B均有可能转向三元锂电池。

动力电池技术还在不断发展和进步之中,前几年磷酸铁锂电池因为寿命长、安全性好的特点而受到热捧,但随着三元锂电池安全问题逐渐改善解决,能量密度高的优势得以发挥,越来越多的企业和车型采用三元锂电池。未来如果石墨烯电池、铝空气电池投入使用,动力电池以及电动汽车整车领域都将面临变革。

三元聚合物锂电池是极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池,锂离子电池的正极材料有很多种,主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点,具有容量高、成本低、安全性好等优异特性,其在小型锂电中逐步占据一定的市场份额,并在动力锂电领域具有良好的发展前景。

对锂电池而言,钴金属是必不可少的材料。但是金属钴一方面价格高昂,一方面存在毒性,无论技术领先的日韩企业还是国产电池厂商近年来都致力于电池“少钴化”。在这种趋势下,以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备而成的镍钴锰酸锂三元材料渐渐受到推崇。从化学性质角度出发,三元材料属于过度金属氧化物,电池的能量密度较高。

尽管在三元材料中,钴的作用仍不可缺少,但质量分数通常控制在20%左右,成本显著下降。而且同时兼具钴酸锂和镍酸锂的优点。随着近年来国内外厂商不断加码生产,以三元材料为正极材料的锂电池取代商用钴酸锂的趋势已十分明显。

大到电动汽车,小到智能手机、可穿戴设备或者充电宝,这种新型技术都完全适用。特斯拉最早将三元电池应用在电动汽车上,Model S续航里程能够达到486公里,电池容量达到85kWh,采用了8142个3.4AH的松下18650型电池。工程师将这些电池以砖、片的形式逐一平均分配最终组成一整个电池包,电池包位于车身底板。

从全球范围来看,各方对三元材料的研发生产都在不断推进。在这个过程中,材料性能大幅提升,应用领域也一再拓展。日、韩企业是三元材料电池研发的佼佼者。国内三元材料生产从2005年左右起步,目前也已出现了十多家规模企业。

磷酸铁锂作为锂动力电池材料是近几年才出现的事,国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005 年。其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的,这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C 充放循环寿命达2000 次。单节电池过充电压30V 不燃烧,穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易使用,以满足电动车频繁充放电的需要。

磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜,寿命长等优点,是新一代锂离子电池的理想正极材料。磷酸铁锂电池也有其缺点,例如磷酸铁锂正极材料的振实密度较小,等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池,因此在微型电池方面不具有优势。

由于磷酸铁锂材料的固有特点,决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。一般情况下,对于单只电芯(注意是单只而非电池组,对于电池组而言,实测的低温性能可能会略高,这与散热条件有关)而言,其0℃ 时的容量保持率约60~70%,-10℃时为40~55%,-20℃时为20~40%。这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。当前一些厂家通过改进电解液体系、改进正极配方、改进材料性能和改善电芯结构设计等使磷酸铁锂的低温性能有所提升。

电池存在一致性问题。单体磷酸铁锂电池寿命目前超过2000 次,但电池组的寿命会大打折扣,有可能是500 次。因为电池组是由大量单体电池串并而成,其工作状态好比一群人用绳子绑在一起跑步,即使每个人都是短跑健将, 如果大家的动作一致性不高,队伍就跑不快,整体速度甚至比跑得最慢的单个选手的速度还要慢。电池组同理,只有在电池性能高度一致时,寿命发挥才能接近单体电池的水平。

燃料电池对无污染。它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式--最典型的传统后备电源方案。燃烧会象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述,燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。

燃料电池的发电效率可以达到50%以上,这是由燃料电池的转换性质决定的,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。

氢燃料电池车的工作原理是:将氢气送到燃料电池的阳极板(负极),经过催化剂(铂)的作用,氢原子中的一个电子被分离出来,失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜,到达燃料电池阴极板(正极),而电子是不能通过质子交换膜的,这个电子,只能经外部电,到达燃料电池阴极板,从而在外电中产生电流。电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧,可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水(蒸气)带走,就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电,经逆变器、控制器等装置,给电动机供电,再经传动系统、驱动桥等带动车动,就可使车辆在上行驶。与传统汽车相比,燃料电池车能量效率高达60~80%,为内燃机的2~3倍。燃料电池的燃料是氢和氧,生成物是清洁的水,它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳,也没有硫和微粒排出。因此,氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车。

氢燃料电池车的优势毋庸置疑,劣势也是显而易见。随着科技的进步,曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善,然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的最大瓶颈。氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍,这个价格是市场所难以承受的。

锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一,相比钴酸锂等传统正极材料,锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点,是理想的动力电池正极材料,但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大了其产业化。锰酸锂主要包括尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂,其中尖晶石型锰酸锂结构稳定,易于实现工业化生产,如今市场产品均为此种结构。尖晶石型锰酸锂属于立方晶系,Fd3m空间群,理论比容量为148mAh/g,由于具有三维隧道结构,锂离子可以可逆地从尖晶石晶格中脱嵌,不会引起结构的塌陷,因而具有优异的倍率性能和稳定性。

如今,传统认为锰酸锂能量密度低、循环性能差的缺点已经有了很大改观(万力新能典型值:123mAh/g,400次,高循环型典型值107mAh/g ,2000次)。表面修饰和能有效改性其电化学性能,表面修饰可有效地锰的溶解和电解液分解。可有效充放电过程中的Jahn-Teller效应。将表面修饰与结合无疑能进一步提高材料的电化学性能,相信会成为今后对尖晶石型锰酸锂进行改性研究的方向之一。(杜俊仪)

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