新能源车这么火，关于其电池你应该知道这些
来源：宝鄂实业
2019-03-29 13:13
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随着我国新能源汽车销量的不断攀升，以及电池技术的不断更新。作为新能源汽车的心脏——动力电池，也由于原材料的差异，被划分成不同种类。例如，铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池，以及锂电池等，它们又凭借各自的优点，均在汽车产业发展的某个阶段被广泛应用，目前，市场主流的动力电池为锂电池。那么，锂电池又有何优势和不足呢？未来电池技术将会如何发展呢？
磷酸铁锂电池属于锂电池的一种，目前如比亚迪e6、北汽ev160、腾势等一些电动汽车生产厂商均将其作为车辆的动力源。磷酸铁锂电池热稳定性是目前车用锂电池中最好的，当电池温度处于500-600℃高温时，其内部化学成分才开始分解，而同属锂电池的钴酸锂电池在180—250℃时内部化学成分就已处于不稳定状态。换言之，磷酸铁锂电池的安全性在锂电池中首屈一指，也正因如此，其也成为目前电动车电池的主要门类之一。
特斯拉MODEL S使用的三元锂电池的重量能量密度约为200Wh/kg，而磷酸铁锂电池的能量密度约为150Wh/kg，这意味着同样重量的三元锂电池比磷酸铁锂电池的续航里程更长。但是，当三元锂电池自身温度为250-350℃时，其内部化学成分就开始分解，因此对电池管理系统提出了更高的要求。以特斯拉MODEL S车型为例，整车装有7000余节18650三元锂电池，电池管理系统要监测其中每节电池的使用状态，无疑加大了电池管理系统的控制难度。
燃料电池是将化学能转化为电能的发电装置，不是通常所说的“电池”。其能量的来源主要是依靠不断供给燃料及氧化剂产生，而且能量转换效率高、无污染、寿命长、运行平稳，被业界公认为未来汽车的最佳能源。
就当今市场而言，燃料电池汽车离我们并不遥远。去年年底，丰田汽车公司正式在日本国内发售氢燃料电池车“MIRAI”(未来），其续航里程能达到约700km，在行驶过程中只排放水。MIRAI的工作原理为：储氢罐中的氢气与车头吸入的氧气在燃料电池内发生反应，产生的电能驱动电机从而带动车辆，而反应产生的剩余电能会存入到储能电池中。位于车身后部的两个储气罐最大可存储5公斤氢燃料，通常情况下，3分钟就可以完成氢燃料补给。
物理电池是依靠物理变化来提供、储存电能的电池统称，如“瞬间充满电的超级电容”、“比功率达5000-10000W/kg的飞轮电池”等都属于物理电池家族的成员。
超级电容是一种介于传统电容与电池之间的电源元件，功率密度高达300-500W/kg，是普通电池的5-10倍。它主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能，其间不发生化学反应，因此被归为物理电池的范畴。相比化学电池，超级电容有三大明显优势：
①反复充、放电次数达十万次（传统化学电池只有几百至几千次），寿命上要比化学电池高出很多；
②超级电容在充、放电时的功率密度极高，瞬间可放出大量电能，可满足车辆更加宽泛的电力需求；
③工作环境适应能力更佳，通常室外温度在-40℃～65℃时，其都能稳定正常工作（传统电池一般为-20℃～60℃）。
2飞轮电池
飞轮电池是上世纪90年代提出的一种新概念电池，它是利用类似飞轮转动时产生能量的原理实现充、放电。大名鼎鼎的“ 保时捷911 GT3混合动力赛车”以及被评为当今四大神车之一的“ 保时捷918 Spyder”均在两前轮处安装有飞轮电池，飞轮技术将制动所收集的动能转化为电能，并将能量贮存于一个飞轮之中。在加速过程中，该能量将转移至前轮，在提高加速的同时减少内燃机的燃油消耗。
由于技术和材料价格的限制，飞轮电池的价格相对较高，在小型场合还无法体现其优势。但在太空、大规模交通运输以及军事方面需要大型储能装置的场合，飞轮电池已得到逐步应用。
动力电池发展趋势
随着新能源汽车的发展，电池作为重要部件之一，能量密度在不断提高。中信国安盟固利新能源科技有限公司研究院副院长刘正耀表示：“电池革命的关键在于材料，三元材料将成为主流的正极材料体系，石墨与软碳、硬碳等具备不同特性的负极材料混合应用也将成为负极材料的主流体系。另外，石墨烯在我国已经开始进入中期试验阶段，量产后会大幅度提高电池的能量密度水平及寿命。”
同样，电池专家肖成伟也表示：“动力电池向着高能量密度的趋势发展。从安全性角度考虑，磷酸铁锂电池要优于其他种类电池，而且它在中国应用的数量也是最大的；从正极材料来讲，磷酸铁锂材料不仅是研究关注的重点，也是产业化的重点。另外，大家都希望把能量密度达到300Wh/kg电池实现批量化应用，那么就可以将高镍材料与石墨类材料匹配，同时与薄型改性的隔膜涂层结合，逐步做到300Wh/kg；从负极材料来讲，石墨类的材料现在已经是很成熟的产品，未来则以硅碳作为研发重点。
磷酸铁锂电池的全名是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁(LiFe)动力电池”。
意义
截止本人增补此词条(2013年4月24日)，金属交易市场，钴(Co)最贵，并且存储量不多，镍(Ni)、锰(Mn)较便宜，而铁(Fe)最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。
作为充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电(5～10C放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。
结构与工作原理
LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳(石墨)组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。
LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。
主要性能
LiFePO4电池的标称电压是3.2V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。例如同一种型号(同一种封装的标准电池)，其电池的容量有较大差别(10%～20%)。
磷酸铁锂动力电池主要性能列于表1。为了与其他可充电电池的相比较，也在表中列出其他种类可充电电池性能。这里要说明的是，不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池在各项性能参数上会有一些差别;另外，有一些电池性能未列入，如电池内阻、自放电率、充放电温度等。
磷酸铁锂动力电池的容量有较大差别，可以分成三类：小型的零点几到几毫安时、中型的几十毫安时、大型的几百毫安时。不同类型电池的同类参数也有一些差异。这里再介绍一种目前应用较广的小型标准圆柱形封装的磷酸铁锂动力电池的参数。其外廓尺寸：直径为18mm、高650mm(型号为18650)，其参数性能如表2所示。
过放电到零电压试验
采用STL18650(1100mAh)的磷酸铁锂动力电池做过放电到零电压试验。试验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满，然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组：一组存放7天，另一组存放30天;存放到期后再用0.5C充电率充满，然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。
试验的结果是，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%;存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%;存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。
这试验说明该电池 即使出现过放电(甚至到0V)，并存放一定时间，电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。
