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21年專注鋰電池定制

各種新能源電池大比拼,誰(shuí)更有前途?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1174次  |  2019年09月26日  

去年全球范圍發(fā)布禁售燃油車(chē)時(shí)間表,讓人們意識(shí)到新能源車(chē)的時(shí)代就要來(lái)了,而純電動(dòng)車(chē)、插電混動(dòng)、燃料電池車(chē)等等,為什么短短幾年時(shí)間就成為未來(lái)的主旋律?一方面是全球戰(zhàn)略、政策等方面的支持,另一方面就是動(dòng)力電池技術(shù)的不斷提升,更長(zhǎng)的續(xù)航、更短的充電時(shí)間,直接關(guān)乎用戶的通勤需求,才讓新能源車(chē)來(lái)到我們身邊,將來(lái)還會(huì)取代傳統(tǒng)燃油車(chē),與大家的日常出行密不可分。于是就有了人們所說(shuō)的:“新能源車(chē)的發(fā)展,就是電池技術(shù)的發(fā)展。”


純電動(dòng)汽車(chē)最早使用的是鉛酸電池,鉛及其氧化物制成作為電極材料,硫酸溶液作為電解液,這是現(xiàn)在大部分電動(dòng)自行車(chē)的動(dòng)力源,低成本是其最大的優(yōu)勢(shì)。不過(guò),因?yàn)殂U酸電池的能量密度低,從而帶來(lái)了體積大、容量小等問(wèn)題,無(wú)法滿足一臺(tái)汽車(chē)對(duì)于自重的控制、驅(qū)動(dòng)力的消耗,乃至每年超過(guò)1萬(wàn)公里行程的使用壽命,所以無(wú)法大規(guī)模用于量產(chǎn)車(chē)上,最終被汽車(chē)廠商淘汰。


鎳氫電池


鎳氫電池與我們的日常生活很近,從早期的隨聲聽(tīng)到現(xiàn)在的充電牙刷等小型電器很常見(jiàn),正極為鎳氫的化合物,負(fù)極為金屬氫化物,其能量密度、充放電次數(shù)相比鉛酸電池有不小的提升,并且電解液不可燃、安全性有保障,制造工藝成熟,比亞迪在造車(chē)之前就是全球第二大的鎳氫電池制造商。


不過(guò),因?yàn)殒嚉潆姵爻潆娦室话恪⒂谐潆娪杏洃浶?yīng)、工作電壓較低(無(wú)法使用高壓快充),并不適用于汽車(chē)的單一動(dòng)力源,適合輔助發(fā)動(dòng)機(jī)工作。這方面做得最好的要屬豐田,其混合動(dòng)力系統(tǒng)采用阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)+鎳氫電池組,阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)本身具備中間轉(zhuǎn)速區(qū)間高效的優(yōu)勢(shì),卻也有著低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速疲軟的問(wèn)題,而鎳氫電池正好能夠解決起步與高速動(dòng)力不足的一大助力。


而從鋰電池廣泛引用之后,鎳氫電池在汽車(chē)上也有被完全取代的趨勢(shì),如豐田新一代混動(dòng)系統(tǒng)就采用了更高效的發(fā)動(dòng)機(jī)+鋰電池組合。相比鋰電池,鎳氫電池的容量、循環(huán)充電的壽命以及環(huán)保角度都不占優(yōu)勢(shì),成本的優(yōu)勢(shì)也在鋰電池大力發(fā)展之下被弱化了,這正是鎳氫電池逐漸退出汽車(chē)領(lǐng)域的原因所在。


鋰電池


鋰電池正是現(xiàn)階段新能源車(chē)的主流選擇,鋰的化合物(錳酸鋰,磷酸鐵鋰等)作為電極材料,石墨作為負(fù)極材料,其優(yōu)勢(shì)在于能量密度高、體積小、重量輕、充電效率高。決定鋰電池類型或者說(shuō)性能的主要因素,在于電池兩極的材料,其中正極的材料是現(xiàn)階段的關(guān)鍵,如主流的磷酸鐵鋰、三元材料中的鈷酸鋰、鎳鈷錳等,在容量、成本、低溫充放電、安全性等多個(gè)維度上存在差異。


不過(guò)無(wú)論任何類型,所有鋰電池組都會(huì)面臨低溫這個(gè)“天敵”。不同鋰電池類型的最佳工作溫度雖然有一定差異,但低于最佳區(qū)間之后伴隨而來(lái)的鋰離子的活性降低,對(duì)于續(xù)航里程的影響比較大,這在我們此前的測(cè)試中也有所體現(xiàn):搭載鋰電池組的電動(dòng)車(chē),北方冬季實(shí)際使用中的續(xù)航,普遍只能達(dá)到理論續(xù)航的60%多,最多也就70%左右。


低溫的負(fù)面影響從電池本身不太好解決,于是眾多汽車(chē)廠商想辦法給電池組加溫,增加單獨(dú)針對(duì)動(dòng)力電池的控溫系統(tǒng),采用這種做法的大部分品牌車(chē)型都有一定緩解作用,但實(shí)際效果還算不上出色的解決問(wèn)題,因?yàn)橛幸恍╇妱?dòng)車(chē)控溫系統(tǒng)的耗電量,比低溫的損失還要大。


在這方面可以有所期待的是,通用集團(tuán)已經(jīng)有意向與韓國(guó)LG集團(tuán)合作,采購(gòu)直接在電池組內(nèi)部裝備多個(gè)溫控元器件的產(chǎn)品,不光能與現(xiàn)在一樣給電池散熱,還能在寒冷天氣提高電池的溫度。這項(xiàng)技術(shù)的落地值得期待,據(jù)悉,通用集團(tuán)下一輪純電和插電混動(dòng)的新車(chē)就會(huì)使用,取代現(xiàn)在日立品牌供應(yīng)的電池組。


氫燃料電池


大家都知道H2+O2燃燒最終得到的水,所以氫氣是非常理想的清潔能源。就氫氣本身來(lái)說(shuō),燃燒可以釋放大量的能量、低溫表現(xiàn)上佳,最重要的加氫的效率高,加氫只需5分鐘就能行駛超過(guò)600公里,并且這個(gè)數(shù)據(jù)還有提升的空間,以上這些都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的鋰電池。


關(guān)于氫燃料電池車(chē)投入方面,日、韓兩國(guó)的車(chē)企早就開(kāi)始了研究,如今已經(jīng)小范圍投入到了各自國(guó)家的市場(chǎng)中,如筆者春節(jié)前試駕的現(xiàn)代NEXO氫燃料電池車(chē),已經(jīng)大量用于平昌冬奧會(huì)并上市銷(xiāo)售。


而氫氣這么好的能源,為什么不推廣?因?yàn)橐袁F(xiàn)在的技術(shù)獲取氫氣太難了。大家都學(xué)過(guò)電解水能得到氫氣,但耗費(fèi)電能去電解水,然后再燒氫氣最終變成水,這個(gè)過(guò)程的用電量和損失還不如直接給鋰電池充電,成本太高。而成本、工藝都比較合適的是從石油、天然氣里提取,但量并不大,所以燃料電池車(chē)“只聞其名、難以推廣”。


石墨烯電池


對(duì)于未來(lái)新能源車(chē)的動(dòng)力電池討論,最靠譜、討論最多的要屬石墨烯電池了,將一些專業(yè)角度的解讀“翻譯”一下就是:用這種材料結(jié)合鋰電池有兩種使用方法,一是用石墨烯的復(fù)合材料作為鋰電池的導(dǎo)電劑,二是直接用作負(fù)極,效果都是增加鋰電池的活性,從而提升電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程、充電速度。


石墨烯電池可以有效解決鋰電池的短板,產(chǎn)品特質(zhì)與新能源車(chē)用戶使用直接掛鉤。這種材質(zhì)的好處確實(shí)大,而且韓國(guó)三星也已經(jīng)對(duì)外公布掌握了這項(xiàng)技術(shù),但成本是一大瓶頸,石墨烯的獲取不太容易,早期是用于航天領(lǐng)域的一種材料,何時(shí)、采用什么方式降低成本,將是這項(xiàng)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品“飛入尋常百姓家”的一大難題,各個(gè)汽車(chē)廠商都還沒(méi)有公布在這方面發(fā)力的計(jì)劃。


簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),純電動(dòng)車(chē)的工作原理是“充電直接用電”,氫燃料電池車(chē)則是H2+O2“燒成”(化學(xué)反應(yīng))電能和水,相當(dāng)于“燒氫”來(lái)發(fā)電。兩種“電池”同樣都是零排放,電動(dòng)車(chē)鋰電池能力密度更小、低溫活性差影響續(xù)航,充電速度慢的問(wèn)題,氫燃料電池完全沒(méi)有,而且工作效率要高出不少,這正是氫被稱為優(yōu)質(zhì)能源的原因。


固態(tài)鋰電池


固態(tài)鋰電池顧名思義就是不再使用液態(tài)的電解液,采用固態(tài)電解質(zhì),其能力密度遠(yuǎn)超現(xiàn)在的主流的鋰電池,這意味著純電動(dòng)車(chē)型更高、甚至達(dá)到節(jié)能型汽油車(chē)的續(xù)航里程,并且充電效率相比現(xiàn)階段也有著質(zhì)的飛躍,據(jù)悉裝備固態(tài)電池的電動(dòng)車(chē),最理想化的充電速度可達(dá)到1分鐘增加800公里,這可以說(shuō)是新能源車(chē)的最佳核心部件。


現(xiàn)階段,一些海外的能源、科技企業(yè),以及松下等電池制造商都開(kāi)始了固態(tài)電池的研發(fā),汽車(chē)廠商涉及這方面的只有豐田、本田以及日產(chǎn)三大日系車(chē)企,這源于日本國(guó)家層面的助推。從已經(jīng)開(kāi)始研究固態(tài)電池的各方計(jì)劃來(lái)看,預(yù)計(jì)2020年將在成本、能量密度和生產(chǎn)制造方面有突破性進(jìn)展。到2030年才能將這項(xiàng)研發(fā)成果落地、在新能源車(chē)領(lǐng)域廣泛普及,即離我們還有些遠(yuǎn),這也是各大車(chē)企發(fā)布2025年全球禁售燃油車(chē)的應(yīng)對(duì)戰(zhàn)略時(shí),并未提及固態(tài)電池的原因。


眾多車(chē)企乃至新造車(chē)勢(shì)力都發(fā)布了未來(lái)的新能源計(jì)劃,更多相關(guān)內(nèi)容敬請(qǐng)期待……


總結(jié)


往大了說(shuō),環(huán)保似乎全球的一個(gè)大方向,電能又是老百姓生活必備的能源,所以以電作為燃料的新能源車(chē)最容易實(shí)現(xiàn),過(guò)渡最為平滑。從現(xiàn)實(shí)的角度來(lái)看,2025年禁售燃油車(chē)之后,能買(mǎi)到的就只有新能源車(chē)了,一款車(chē)的電池如何至關(guān)重要,正如本文所說(shuō)的電池發(fā)展,老的電池類型逐漸成為歷史,新的電池技術(shù)一些還處于概念階段,一些只要攻克技術(shù)、成本等難題,就將來(lái)到大家身邊了。


本文摘自:與非網(wǎng)


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