前言

目前能夠被電動自行車采用的有以下四種動力蓄電池，即閥控鉛酸免維護(hù)蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池。

在現(xiàn)有的所有替代燃料電池里，EV和PHEV無疑是未來減少油耗和減少排放的最好的選擇，從民用車到賽車上的普及，混動和純電動車都已經(jīng)得到大多數(shù)人的認(rèn)可。在我國來說，受益于了政策的影響，使得新能源車得以以一個史無前例的速度在發(fā)展著，而儲能對于EV和PHEV來說相當(dāng)重要，基于電子產(chǎn)品在技術(shù)上的積累，動力電池在發(fā)展上有了一定基礎(chǔ)，在一個較高的基礎(chǔ)上的起步，使得在動力電池在如今的應(yīng)用上也有了相當(dāng)優(yōu)秀成績。我們今天就來聊聊這個新能源車的另一顆心臟--動力電池。

在電動車和混動車上，有三個影響其發(fā)展的問題，一是應(yīng)用成本問題，好比如我們買一電動或混動車，由于鋰電池相對較高的價格，最后直接導(dǎo)致的是消費在購買一臺車的時候，要比買普通汽車貴幾萬塊錢，無疑超過消費者對同等級車的消費預(yù)算；二是電池的循環(huán)壽命和日歷壽命問題，也就是電池的充放電次數(shù)和使用時間的問題；三是最不容忽視的安全問題，最近的電動車自燃的新聞也使消費者更加關(guān)注這個問題，高品質(zhì)材料、安全監(jiān)測和更高的制造標(biāo)準(zhǔn)在安全性的提高方面起到相當(dāng)重要的作用。然而對于動力電池這一切，你又了解多少呢？

目前能夠被電動自行車采用的有以下四種動力蓄電池，即閥控鉛酸免維護(hù)蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池。

1、鉛酸蓄電池

目前市場上能夠大量提供的是鉛酸蓄電池，鉛酸蓄電池已經(jīng)有130年的歷史了，可以說是使用最多的蓄電池。它的性能可靠，生產(chǎn)工藝成熟，價格也較低。目前已商品化的電動自行車的絕大多數(shù)是使用的密封式鉛酸蓄電池，使用中不需要補充水分，免維護(hù)。其主要化學(xué)反應(yīng)是：PbO2+2H2SO4+Pb←充電、放電→ PhSO4+2H2O+PhSO4

鉛酸蓄電池充電時變成硫酸鉛的陰陽兩極的海綿狀鉛把固定在其中的硫酸成分釋放到電解液中，分別變成海綿狀鉛和氧化鉛，電解液中的硫酸濃度不斷變大；反之放電時陽極中的氧化鉛和陰極板上的海綿狀鉛與電解液中的硫酸發(fā)生反應(yīng)變成硫酸鉛，而電解液中的硫酸濃度不斷降低。當(dāng)鉛酸蓄電池充電不足時，陰陽兩極板的硫酸鉛不能完全轉(zhuǎn)化變成海綿狀鉛和氧化鉛，如果長期充電不足，則會造成硫酸鉛結(jié)晶，使極板硫化，電池品質(zhì)變劣；反之如果電池過度充電，陽極產(chǎn)生的氧氣量大于陰極的吸附能力，使得蓄電池內(nèi)壓增大，導(dǎo)致氣體外溢，電解液減少，還可能導(dǎo)致活性物質(zhì)軟化或脫落，電池壽命大大縮短。

鉛酸蓄電池重量比能量為28-40 Wh/Kg，體積比能量64-72 Wh/I，太重、太大，而能提供的電能較少，使用壽命較短，作為電動自行車的動力電源一般只能夠使用一年左右，若是性能差或使用不當(dāng)?shù)闹挥卸⑷齻€月。此外，鉛酸蓄電池還有深度放電能力和低溫放電能力較差，不能快速充電（但是近來在鉛酸蓄電池的快速充電的研究方面已有些進(jìn)展）等缺點。鉛酸蓄電池的改進(jìn)型——膠體鉛酸蓄電池，用膠體電解液代換硫酸電解液，在安全性、蓄電量、放電性能和使用壽命等方面較普通鉛酸蓄電池有改善。但是總而言之，從長遠(yuǎn)看，鉛酸蓄電池在電動車上的利用前景不佳。報廢的鉛酸蓄電池因廢棄會造成二次污染，這也是有些地方政府不肯支持電動自行車大量上路的重要原因之一。

2、膠體鉛酸蓄電池

膠體蓄電池是對液態(tài)電解質(zhì)的普通鉛酸蓄電池的改進(jìn)。它采用凝膠狀電解質(zhì)，內(nèi)部無游離的液體存在， 在同等體積下電解質(zhì)容量大，熱容量大，熱消散能力強，能避免一般蓄電池易產(chǎn)生的熱失控現(xiàn)象；電解質(zhì)濃度低，對極板腐蝕弱；濃度均勻，不存在酸分層的現(xiàn)象。

上述改進(jìn)使其在多項重要性能優(yōu)于閥控式鉛酸免維護(hù)蓄電池，例如：使用性能穩(wěn)定，可靠性高，使用壽命長，對環(huán)境溫度的適應(yīng)能力（高、低溫）強，承受長時間放電能力、循環(huán)放電能力、深度放電及大電流放電能力強，有過充電及過放電自我保護(hù)，電池在100%放電后仍可繼續(xù)接在負(fù)載上，在幾周內(nèi)充電仍可恢復(fù)至原容量等等優(yōu)點。

3、鎳氫蓄電池（Ni-MH）

鎳氫蓄電池是九十年代涌現(xiàn)出的電池家族中新秀，發(fā)展迅猛。Ni-MH電池的電極反應(yīng)為：

正極：Ni（OH）2+OH-= NiOOH+H20 +e-

負(fù)極：M+H2O+e=MHab+OH-Ni（OH）2+M=NiOOH+MHab

它和鎳鎘蓄電池同屬堿性蓄電池，只是以吸藏氫氣的合金材料（mh）取代鎳鎘蓄電池中的負(fù)極材料鎘cd、電動勢仍為1.32v。它具備鎳鎘蓄電池的所有優(yōu)異特性，而且能量密度還高于鎳鎘蓄電池。主要優(yōu)點是：比能量高（一次充電可行使的距離長）；比功率高，在大電流工作時也能平穩(wěn)放電（加速爬坡能力好）；低溫放電性能好；循環(huán)壽命長；安全可靠，免維護(hù)；無記憶效應(yīng)；對環(huán)境不存在任何污染問題，可再生利用，符合持續(xù)發(fā)展的理念。但是，Ni-MH蓄電池成本太高，價格昂貴。

4、鋰離子電池

鋰是世界最輕的金屬，構(gòu)成電池時，輸出電壓近4v。鋰離子電池是1990年由日本索尼公司首先推向市場的新型高能蓄電池。其優(yōu)點是比能量高，是當(dāng)前比能量最高的蓄電池。已經(jīng)在便攜式信息產(chǎn)品中獲得推廣應(yīng)用。1995年，索尼公司又開發(fā)成功用于電動車的鋰離子蓄電池，共分兩種類型：一種是用于純電動車（EV）容量為100Ah的圓柱形單體電池，稱為高能型鋰離子蓄電池；另一種是用于混合動力車（HEV），容量為22Ah，8只串聯(lián)成電池模塊，但其輸出功率為前者的2.7倍，稱為高功率型鋰離子電池。高能型電池已于1996年裝在日產(chǎn)汽車公司開發(fā)的第一輛鋰離子電動汽車上（日產(chǎn)Al-traEV），在北京第一屆國際電動車展覽會上展出。該車一次充電可行駛200km，最高時速120Km/h。

鋰離子電池被普遍認(rèn)為具有如下的優(yōu)點：比能量大；比功率高；自放電小； 無記憶效應(yīng)；循環(huán)特性好；可快速放電，且效率高；工作溫度范圍寬；無環(huán)境污染等，因此有望進(jìn)入21世紀(jì)最好的動力電源行列。預(yù)計在2006～2012 年期間，當(dāng)鋰離子電池進(jìn)一步發(fā)展時，MH/Ni蓄電池的市場份額將縮小。鋰離子市場份額將會擴(kuò)大。目前也已經(jīng)有采用鋰離子蓄電池的電動自行車產(chǎn)品出售。

由于鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池是綠色蓄電池，不會因廢棄造成二次污染，容易被政府環(huán)保部門接受，并且有較好的出口前景，目前雖然價格比較貴，仍有較大降價空間，應(yīng)該大力提倡。

什么時候?qū)﹄妱榆囆铍姵剡M(jìn)行充電最佳？當(dāng)電動車上的電量顯示表指針在最低或即將接近最低位置時，對電動車進(jìn)行充電是最佳，有利于蓄電池的使用壽命。如您每天騎行里程在5-10km之內(nèi)，建議您不要充電，也就是說不要短里程、勤充電。否則會造成電池使用壽命提前終止。

是否可以對單個或其中幾個電池進(jìn)行置換或另作它用？當(dāng)您的電動車蓄電池其中一個或幾個電池出現(xiàn)故障后，要整組更換，不得單獨調(diào)換其中那只存在故障的電池。僅維護(hù)電池可酌情這樣操作。特別提醒您：一組電池不得將其中一個或幾個另作它用。

鋰電池具有著相對較高的比能量和比功率，為車輛提供更好的加速性能，相比鎳氫電池有更短的充放電時間，并且能在適當(dāng)?shù)?a target="_blank">電池管理下能使鋰電池有更長的使用壽命，因為鋰電池幾乎不存在記憶效應(yīng)，是現(xiàn)在公認(rèn)的新能源車儲能方面最好的解決方案。

但是事情總不是看起來這么順利，鋰電池也是有缺點的，它的價格相對更加昂貴，對于成本方面的控制是一大難題；除此之外，鋰是一種非常易燃的物質(zhì)，不能被普通ABC滅火器所熄滅，如不對其進(jìn)行合理的使用與管理那也是相當(dāng)危險，所以現(xiàn)在大多數(shù)廠家都通過改變電池的化學(xué)成分來解決這個安全問題，例如我們現(xiàn)在較常見的磷酸鐵鋰電池等，這解決了鋰易燃的缺點；而且相對鎳基材料，鋰離子相對來說對于環(huán)境更友好。

如果說電芯是電池不可或缺的器官，而電芯的材料則是電池的基因，也就是電池有什么樣的表現(xiàn)，電芯的材料起到了基礎(chǔ)性的作用。

材料的選擇也是相當(dāng)重要。下表這些都是可供選擇的正極材料。在鋰電池中，正極材料是最關(guān)鍵的原材料，占了30%的電池成本，但也其實并不是所有材料都適合應(yīng)用于動力電池。

而且磷酸鐵鋰的熱失控點較高，相比來說也會更加安全。

而對于乘用車來說，需要能量密度更高的三元鋰電池，現(xiàn)在達(dá)到約170Wh/kg這個數(shù)字，更多的優(yōu)化手段可以很快使來使之達(dá)到200Wh/kg+，至于什么手段，這涉及到商業(yè)機密，企業(yè)并沒有透露，據(jù)寧德時代的介紹，再加入硅的話，他們能將能量密度做到將近300Kwh/kg這樣的好成績；不過在上面的表中也有說到，三元鋰電池的熱失控溫度要比磷酸鐵鋰電池的要低出不少，據(jù)寧德時代介紹，他們通過優(yōu)化材料本身和電解液體系等一系列方法來彌補三元鋰電池的這一硬傷來實現(xiàn)更佳的安全性。

負(fù)極材料：做為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料，通常可以分為軟碳、硬碳和石墨等。

那么，想實現(xiàn)更高的續(xù)航里程還要怎么做呢？

雖說硅的理論克容量更高，但是并不適合單獨做為負(fù)極材料，所以使用硅與石墨的混合和復(fù)合，通過硅的特性來提高電芯整體的能量密度。

寧德時代采用了高克容量的正極和負(fù)極，使之達(dá)到更高的質(zhì)量能量密度和體積密度，以此來實現(xiàn)電池更高的續(xù)航里程，進(jìn)一步解決純電行駛里程不足的弊端。并且三元正極在往高鎳、高電壓的方向發(fā)展，而負(fù)極方面則是往含硅的負(fù)極和鋰金屬方向發(fā)展，鋰金屬可以達(dá)到更高的能量密度，理論克容量約3600，雖不如硅高，但是勝在負(fù)極材料可以使用純鋰金屬材料，而硅不能用純硅。

負(fù)極方面：我們知道了在充電的時候，是鋰離子從負(fù)極通過電解液運動到正極這樣一過程，提高充電能力達(dá)到“快充”這個目的就是要解決怎么使負(fù)極快速地接收鋰離子。普通我們所使用的負(fù)極材料石墨是長程，且有序排列的，而鋰離子是從石墨端面進(jìn)入的，長程有序

這就使得端面較少，使得鋰離子進(jìn)入負(fù)極的時間就慢，所以要實現(xiàn)”快充”，寧德時代告訴我們，需要開發(fā)出一些端面是短程無序的石墨，這樣可以使鋰離子有更多的通道進(jìn)入到負(fù)極。

電解液方面：可以添加一些添加劑等技術(shù)來優(yōu)化其傳導(dǎo)鋰離子的能力。

正極方面：在提高充電能力上，需要提高正極本身的導(dǎo)離子能力的優(yōu)化，并且還需要調(diào)整其配方，來提高鋰離子的導(dǎo)電性。

所以，通過正負(fù)極和電解液的優(yōu)化，來整體地實現(xiàn)電池的充電能力。

據(jù)了解，CATL的事故率至今還是0起，他們的高安全性能是怎么做到的呢？

對于企業(yè)的具體做法，他們還是有著很高的保密規(guī)定，但我們可以知道，CATL從這些角度出發(fā)來優(yōu)化電芯的安全性，進(jìn)一步提高電池的安全性，當(dāng)然電池的安全性遠(yuǎn)不是靠優(yōu)化電芯就能實現(xiàn)，還有模組結(jié)構(gòu)、電池包結(jié)構(gòu)、電池管理系統(tǒng)架構(gòu)與策略和安全性與可靠性冗余設(shè)計等等。