一文让你看懂新能源汽车动力电池
随着近几年新能源汽车快速发展,动力电池的降本增效和安全问题一直受到各方行业广泛关注。新能源汽车上的动力电池主要是化学电池,即利用化学反应发电的电池,可以分为原电池、蓄电池和燃料电池;物理电池一般作为辅助电源使用,如超级电容器等。
目前动力电池主要有三大来源,一是如宁德时代,亿纬锂能、国轩高科等企业第三方研发制造的动力电池,二是如广汽埃安,比亚迪以及LG化学等车企自己独立研发生产的动力电池,三是车企与第三方动力电池企业联合开发的动力电池,比如蔚来与蜂巢能源开发的大圆柱电池,上汽与宁德时代共同开发的魔方电池。
新能源汽车电池一、动力电池的发展
从1881年可充电的电动汽车诞生之日起,以铅酸蓄电池作为动力来源的电动汽车,由于它在使用过程当中,本身具有的充电速度慢,能量密度低,续航里程短等缺点,不符合驾驶人的长途行驶要求,故而在发展不到二十年的时间,便进入萧条停滞期,慢慢地退出汽车市场。后来随着石油危机和政府节能减排的倡导,电动汽车又再次迎来了蓬勃发展。1993年,松下公司研发
了密封型镍氢电池,它的能量密度是传统电池的两倍,达到了120Wh/kg,也不存在镉污染隐患,且装载这种电池的电动汽车车速可以提高两倍,所以镍氢电池逐渐取代了镍镉电池。而锂离子电池发展比较晚,1991年,索尼公司率先把锂离子电池商业化,但是当时锂离子电池能量密度只有90Wh/kg,不如镍氢电池,初期,动力电池厂商和车企都普遍看好镍氢电池的发展,电动汽车装载的动力电池也基本上以镍氢电池为主。不过后来随着更多的研发人员参与锂离子电池工艺的研究,且随着国内2000年“863计划”新能源汽车专项启动,陈立泉等人认为,锂离子电池能量密度理论上比镍氢电池高非常多,只是受限于制造工艺的复杂和研发团队的稀少,从而使锂离子电池在当时的动力电池市场始终不温不火。本世纪初期,随着研发投入和国家新能源汽车支持力度增大,量产的锂离子电池能量密度从100Wh/kg越做越高,到目前的350Wh/kg,这才促使了新能源汽车的稳步快速发展。
二、动力电池的种类
目前应用在新能源汽车上的动力电池主要有锂离子电池和燃料电池。由于锂离子电池应用最为广泛,从而也衍生出了磷酸铁锂、三元锂以及锰酸锂等锂离子动力蓄电池,其中又以比亚迪代表的磷酸铁锂和宁德时代所代表的三元锂电池最为突出,二者分别代表了国内磷酸铁锂和三元锂电池的最高技术水平。
1.磷酸铁锂
磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池,它包括正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、密封圈、正温度控制端子、蓄电池壳等。其中正极、负极、电解质以及隔膜不同或者它们的工艺不同,蓄电池的性能和价格也不同。
磷酸铁锂电池工作原理为:蓄电池充电时,正极中的锂离子脱离出来,经过电解质,穿过隔膜进入到负极材料中;蓄电池放电时,锂离子又从负极中脱离出来,经过电解质,穿过隔膜回到正极材料中。
2.三元锂
三元锂电池是指采用镍钴锰或者镍钴铝三种过渡金属氧化物作为正极材料的锂电池。其正极材料是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需求进行调整。
三元锂电池工作原理为:蓄电池放电时,锂变成锂离子,脱离碳极的阳极,到达锂蓄电池的阴极。锂离子在阳极和阴极之间移动,电极本身不发生变化,这是三元锂电池与金属锂电池本质上的差别。三元锂电池的阳极为石墨晶体,阴极通常为二氧化锂,充电时,阴极中锂原子电离成锂离子和电子,并且锂离子向阳极运动与电子合成锂原子。放电时,锂原子从石墨
晶体内阳极表面电离成锂离子和电子,并在阴极处合成原子。所以,在该蓄电池中,锂永远以锂离子的形态出现,不会以金属锂的形态出现。
3.磷酸铁锂、三元锂和镍氢电池的优缺点对比
三.锂离子电池的结构
锂离子电池主要由电芯和保护板两大模块组成。电芯相当于蓄电池的心脏,管理系统相当于锂电池的大脑。电芯材料主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜、和外壳组成。保护板主要由保护芯片或管理芯片、MOS场效应管、电阻、电容和印制电路板等元件组成。