关于动力电池的发展历程详解

动力电池是纯电动汽车驱动能量的唯一来源，直接关系到电动汽车的动力性能、续航能力和安全性。从纯电动汽车成本构成看，动力电池系统占据了新能源汽车成本的30%～50%。动力电池技术一直影响着电动汽车实用化的进程。根据动力电池的使用特点、要求、应用领域不同，国内外动力电池的研发历史大致如下。

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第一代动力电池为铅酸动力电池，主要是阀控密封式铅酸动力电池，其优点是大电流放电性能良好，价格低廉、资源丰富、回收率高，缺点是质量比能量低，主要原材料铅有污染。新开发的双极耳卷绕式阀控密封式铅酸动力电池已经通过混合动力汽车试用，其能量密度比平板涂膏式铅酸动力电池有明显提高。阀控式密封铅酸动力电池一度成为重要的车用动力电池，应用在众多欧洲和美国汽车公司开发的电动汽车（Electric Vehicle，EV）和混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）上，但新一代铅酸动力电池的比能量和循环次数仍存在严重的限制。未来使用铅酸动力电池来驱动在高速公路上行驶的电动汽车是不实际的，但价格优势使其在轻度混合或者短途行驶的电动汽车（如观光车）中仍占一席之地。

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第二代动力电池为碱性动力电池，如镍镉动力电池、镍氢动力电池。镍镉电池因存在镉污染问题，欧盟各国已禁用于动力电池，镍氢动力电池的性价比明显比铅酸动力电池高，是目前HEV的主要动力电池。镍氢动力电池具有良好的耐过充、过放能力，不存在重金属污染问题，而且在工作过程中不会出现电解液增减现象，可以实现密封设计、免维护。与铅酸动力电池和镍镉动力电池相比，镍氢动力电池具有较高的比能量、比功率及循环寿命。

镍氢动力电池的记忆效应不是很明显，而且随着充放电循环的进行，储氢合金逐渐失去催化能力，镍氢动力电池的内压会逐渐升高，影响到其使用。此外，镍金属昂贵的价格，也导致成本较高。目前，电动汽车用镍氢动力电池已实现了批量生产和使用，是混合动力汽车研制中应用最多的车载动力电池类型。

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第三代动力电池为锂动力电池，锂动力电池的能量密度高于阀控式密封铅酸动力电池和镍氢动力电池，质量比能量达到200W·h/kg（PLIB），动力电池单体电压高（3.6V），待其安全问题解决以后将是最具竞争力的动力电池。锂动力电池具有相对较高的工作电压和较大的比能量，是镍氢动力电池的3倍。锂动力电池体积小，重量轻，循环寿命长，自放电率低，无记忆效应且无污染。

锂动力电池的传统结构包括石墨阳极、锂离子金属氧化物构成的阴极和电解液（有机溶剂溶解的锂盐溶液）。最常见的锂动力电池以炭为阳极，以碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯溶解六氟磷酸锂溶液为电解液，以二氧化锰酸锂为阴极构成的锂动力电池轻巧结实，比能量大，单体电压约为3.7V。

电动汽车用锂动力电池是在一次性锂动力电池基础上发展起来的，是目前纯电动车用动力电池研发的主要方向。锂动力电池是继镍氢动力电池之后，最受研发机构和汽车厂商青睐的具有潜力的车载动力电池。在锂动力电池中，磷酸锂动力电池的比能量、比功率以及运行电压相对较低，在大型纯电动汽车应用方面钴酸锂和锰酸锂动力电池等更具优势。

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第四代动力电池为质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池，其特点是无污染，放电产物为H2O，是真正的电化学发电装置。燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个动力电池，但实质上它不能“储电”，而是一个“发电厂”。

燃料电池是一种使用燃料进行化学反应产生电能的装置，所用燃料包括纯氢气、甲醇、乙醇、天然气以及现在使用最广泛的汽油。按电解质的种类不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池等。在燃料电池中，磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池可以冷启动和快启动，也可以作为移动电源，满足特殊情况的使用要求，更加具有竞争力。最常见的是以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池，由于燃料价格便宜，无化学危险，对环境无污染，发电后产生纯水和热，这是目前其他所有动力电池无法做到的。质子交换膜燃料电池以纯氢为燃料，以空气为氧化剂，不经历热机过程，不受热力循环限制，因此能量的转换效率高，是普通内燃机热效率的2～3倍。

阀控式密封铅酸动力电池、镍氢动力电池和锂动力电池均属于电能转换和储能装置，动力电池本身并不能发出电能，必须对动力电池进行充电，将电能转换成化学能，使用时再将化学能转变为电能作为车载动力，所以这类动力电池目前仍然要消耗矿物燃料发出的电能。燃料电池是车载动力最经济、最环保的解决方案，但是要实现商业化还有许多问题需要解决，如价格昂贵，采用贵金属铂、铑作为催化剂，氢的储存运输等问题。