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深扒那些听上去很牛的新能源汽车电池技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-07-14  来源:百家号  作者:中国汽车材料网   [ 进入汽车材料社区 ] [ 汽车材料馆 ]
核心提示:目前,市面上使用的电池主要有两大类,磷酸铁锂电池和三元锂电池(这两者都属于蓄电池)。很多车友的固有观念中都认为前者要比后者安全,到底是不是这么回事儿呢?往下看。
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        目前,市面上使用的电池主要有两大类,磷酸铁锂电池和三元锂电池(这两者都属于蓄电池)。很多车友的固有观念中都认为前者要比后者安全,到底是不是这么回事儿呢?往下看。
        说到电动车,最值钱的肯定就是那块儿电池了,这也是为什么新能源汽车指导价要比同级别燃油车高出一大截的原因啊。
        只是,电动车的电池对大部分车友来说还只是一个概念,它究竟有哪些分类、各自有怎样的优缺点、有哪些新兴的电池技术等,你都门儿清吗?今儿,小编就给各位深扒一下那些听上去很牛逼的新能源汽车电池技术,到底像不像他们所宣传的那样令人期待呢?
         目前,市面上使用的电池主要有两大类,磷酸铁锂电池和三元锂电池(这两者都属于蓄电池)。很多车友的固有观念中都认为前者要比后者安全,到底是不是这么回事儿呢?往下看。
  磷酸铁锂电池
         磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池,其不含贵重金属元素(比如钴等)。由于不含贵重金属材料,磷酸铁锂电池的原材料成本就能被压缩的很低廉。而且,它的安全稳定性也很高,其分解温度高达700-800度,且不会释放氧分子。
         此外,它的循环寿命在2000次以上,所以很多厂商都会选择磷酸铁锂电池作为电动汽车电池。客观上讲,新能源汽车的兴起,确实也和磷酸铁锂电池有着密不可分的关系。
         但是,这种电池也有一个致命缺点,那就是低温性能较差,即使将其纳米化和碳包覆也没能解决这个问题。有研究表明,将一块容量为3500mAh的磷酸铁锂电池放到-10℃的环境中工作,结果经过不到100次的充放电循环,它的电量就急剧衰减至500mAh,基本上报废。
         那相比之下,三元锂电池的表现又如何呢?
  三元锂电池
         不过多分析,让我们先来看一张三元锂电池&磷酸铁锂电池的对比表。
         通过这张表,你可以很清楚的看到,相比于磷酸铁锂电池,三元锂电池在低温状态下的表现更加稳定。
         此外,以镍钴锰酸锂作为正极材料、石墨作为负极材料的锂电池,其电压平台很高,这就意味着在相同的体积或重量下,三元锂电池的比能量、比功率更大。
         那为什么效率如此之高的三元锂电池会备受争议呢?那是因为三元锂材料的热稳定性较差,会在200度左右发生分解,且化学反映剧烈,在高温作用下电解液迅速燃烧,发生连锁反应。说人话就是,三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。
         P:需要注意的是,我们提到的是材料,而不是已成为成品的电池。
         接下来,我们再来关注一组数据,对比一下两种电池在新能源汽车中的使用情况。
         去年11月,磷酸铁锂电池的电动大巴装机量占到64.9%,三元锂电池装机量只有27.6%;相反,在纯电动乘用车市场,三元锂电池在去年11月的装机量已超76%(下面小编还会重点介绍对三元锂电池一往情深的特斯拉)。
         既然三元锂电池这么危险,为什么还要继续使用呢?这当然是因为这种危险是可以通过技术手段得到避免的。根据三元锂材料容易热解的特性,新能源汽车厂商在过充保护(OVP)、过放保护(UVP)、过温保护(OTP)、过流保护(OCP)这几个环节上都会深入研究,而电动汽车是否会自燃也是重点考量这几个环节的功能是否落实到位。
  石墨烯电池
         在2017年日内瓦车展上,一款名为正道H600的概念车吸引了很多人的关注。对于这款车的马力大、提速快、极速高咱都不去做过多解读,毕竟1000km的官方续航才是要说的重点。
         那为什么这款车能实现比特斯拉还酷炫的续航里程呢,其中很大一部分原因就是它使用了“超级电池”。
         而H600的超级电池就是“石墨烯电池”。相比石墨烯,更多车友应该对石墨更熟悉,而石墨烯本质上就是分离出来的单原子层平面石墨。再直白一点说就是,石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。
         那这种石墨烯电池究竟有多神奇呢?作为目前为止发现的最薄、强度最大、导电导热性能最好的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“黑金”、“新材料之王”,科学家甚至预言它将“彻底改变21世纪”。
         而这完全取决于石墨烯多领域的优质特性:坚固耐磨损、良好的导热性与导电性(充电速度会更快)、耐高温、低温性,据悉,石墨烯能在-30~80℃的环境下自由工作。
那为什么这种材料还没有被大范围的在电动汽车领域应用呢?这当然是因为其成本高、可量产性低。现在锂电池用的各种材料,都是一吨几万十几万,再想想石墨烯堪比黄金的价格,真的全部做成电极材料谁能用的起?因此从目前来看,它的泡沫大于实际应用价值。
  特斯拉21700三元锂电池
         特斯拉使用的两款电池——18650钴酸锂电池和21700三元锂电池都是由松下生产的。而对于这两种电池的命名,很多车友可能会觉得云里雾里哒,下面就由小编特清晰的给你解读下。
         18650型命名方式:直径18mm,长度65mm,“0”代表圆柱形,而21700型电池命名也是同样的道理。据悉,在Model3正式投产后,新型21700三元锂电池将取代18650钴酸锂电池,成为新的电芯。随后,ModelS和ModelX也有望进行更换。
         众所周知,在电池的组合上,特斯拉采用的是大量小电池连接的方式,这在灵活性和防退化上有优势。但在一个全尺寸的电动汽车内使用小型圆柱形电池组,这意味着数以千计的大电流连接,且每一个接头都是引起过热的潜在源。
         因此,特斯拉计划用新型21700三元锂电池取代18650钴酸锂电池,是将电池体积增大,这也就意味着接头数量会随之减少,过热潜在源也相应减少了,相对来讲,安全性会高些。
         而对于这款21700三元锂电池,特斯拉CEO马斯克说:21700型电池的能量密度是世界上最高的,并且还将是最便宜的。那具体多便宜呢?特斯拉官方提出:21700三元锂电池系统成本为155美元/kWh(18650型为171美元/kWh);预售价为170美元/kWh(18650售价为185美元/kWh)。
         此外,特斯拉还宣布这款电池将在Gigafactory超级电池工厂生产,计划年产能35GWh/年,几乎和世界电池产能总和相当。
  比亚迪也采用了三元锂电池
         很多车友都知道,比亚迪之前对磷酸铁锂电池的坚持,但在特斯拉公布21700三元锂电池的同年底,比亚迪却一改常态,舍弃了此前秦、唐等车型所采用的磷酸铁锂电池模式,新上市的宋EV及相继推出的秦80、唐100等车型也都将匹配全新的“镍钴锰”系三元锂电池,不知这是否受到了特斯拉的影响呢?
  奔驰氢燃料电池
         无论是磷酸铁锂电池、三元锂电池还是钴酸锂电池,都属于蓄电池,而小编接下来要介绍的这款车的电池则为燃料电池——奔驰氢燃料电池。
         最开始,很多汽车制造商都涉足了氢燃料电池汽车领域,但后来有一部分选择离开了,戴姆勒就是其中一家。但并不是说戴姆勒完全放弃了这项技术的研究,而是把这项技术的优先权转移到了电动汽车的技术上,目前来看,它旗下只有一项氢燃料电池汽车项目,那就是梅赛德斯-奔驰GLCF-Cell。
         据悉,奔驰这款车所用的9kWh电池可提供约310英里(499公里)的续航里程,如果附近找不到氢燃料电池充电站,其配备的EV充电头还能支持CHAdeMO插座。而且,相比于蓄电池充电技术,氢燃料电池的燃料补给速度特别快,只须短短几分钟。
         那这样的电池技术能不能在电动汽车领域普遍推广开来呢?目前来说,还不可能。因为氢燃料电池汽车基础设施的发展进度极其缓慢,而如果想要大力发展这部分基础设施,汽车制造商就必须拿出上百万美元乃至更多的资金才行,显而易见,他们并不乐意这么做。况且,现在使用蓄电池的电动汽车的续航里程也在不断提升,氢燃料电池的这种优势还会持续多久呢?
  无膜电池是否能颠覆电动汽车领域
         近日有外媒报道,美国普渡大学的科研人员开发了一种新型无膜电池,能实现快充效果。这种无膜电池利用新的液态电解质更换用过的电池液,能给纯电汽车和混动汽车快速充电,而且还不需要修建大规模的充电基础设施。
         更神奇的是,使用过的电池液或电解质还能被收集起来,批量送到风力发电厂、水力发电厂或太阳能电厂再次进行充电,变成电解质,循环利用。
         到这里,关于这种无膜电池的优点,还并没有说完。有些车友可能知道,电池膜污染会缩短电池寿命,而且可能会引发火灾。所以,这款无膜电池组件就很安全了,其性能稳定,可安装在住宅内。最关键的是,这种电池能达到生产和销售的要求,成本不高。
         此外,普渡大学教授兼Ifbattery公司联合创始人JohnCushman(普渡大学的这几位科研人员同时也是Ifbattery公司的联合创始人,Ifbattery是首家研发无膜流动电池的公司)还表示,Ifbattery开发了一套能源存储系统,采用这款无膜快充电池,给汽车充电就像给汽车加油一样,驾驶员再也无需长时间等待。
         艾玛,对于这款科技感十足而且成本不高无膜电池,小编都有些迫不及待了,究竟什么时候才能正式使用呢?
  锂玻璃电池
         近日,据英特尔中国报道,最新发明了多次充电的锂玻璃电池,锂玻璃不仅将锂离子的能量密度翻了三倍(这就将电动汽车的活动范围扩大了三倍),它还能在几分钟内重新充满电,并持续更长时间。
         至于这第一款玻璃锂电池,是现年94岁的古德伊纳夫和他的工程师团队,在德州州立大学奥斯汀分校研发出来的。与三元锂电池不同的是,锂玻璃电池在零下的极端天气也表现出色,不会像三元锂电池一样易燃,而且可充电周期超过几千次。
         这种新电池的关键就是使用固体玻璃电解质,而不是锂电池常用的液态电解质。因为液态电池充电速度过快,容易造成短路,还会起火,而固体的电解质则降低了电路板短路的风险,成为更安全的选择。
         此外,玻璃电解质还使用了可持续的材料,“用廉价的盐来代替锂,而盐可以从广泛可得的海水中提取,“这就使得玻璃锂电池成为更环保的一种电池。由此可见,这种新的锂玻璃电池研究很有前景,但这项新技术仍需几年时间,才能被引入商业市场。

 
 
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