摘要：新能源汽车的三大核心技术包括电池、电控、电机,其中电池相关技术是人们最为关注、研究投入最大的问题.从上世纪研发出铅酸电池开始,到如今锂离子电池广泛应用于各方各面,在超过一个多世纪的时间里,科研工作者一直在不断地探索试图改进电池的性能.在对传统电池进行改良的同时,科研人员不断尝试新的技术和材料,创造出新型的电池.种种迹象表明,电池技术大改革的时代即将到来,各种新型的、性能优良的电池会渐渐出现在人们的生产生活之中。
关键词：新能源汽车；电池应用；发展趋势
一、国内动力电池产业发展现状
我国的锂离子电池研究项目一直是“863”的重点项目，经过二十多年的持续支持，大部分材料实现了国产化，由追赶期开始向同步发展期过渡，本土总产能居世界第一，支撑了我国新能源汽车的示范推广。
1、正极采用磷酸铁锂材料，负极采用石墨材料，研发的50Ah能量型电池，能量密度达到136.6Wh/kg，功率密度达到1101W/kg；研发的20Ah能量功率兼顾型电池，能量密度达到106.5h/kg，功率密度达到1119W/kg。
2、正极采用尖晶石锰酸锂、镍钴锰三元混合材料，负极采用人造石墨材料，研发的25Ah软包装能量型电池，能量密度达到162Wh/kg；研发的35Ah能量功率兼顾型电池，能量密度达到135Wh/kg。
3、正极采用镍钴锰三元材料，负极采用天然石墨/人造石墨/中间相碳微球等材料，开发的10、15、20、28、30、45Ah的动力电池，能量密度达到180Wh/kg；开发的2.6Ah18650圆柱形电池，能量密度达到200Wh/kg。
在系统集成技术及能力方面取得较大进展和突破。采用磷酸铁锂材料的动力电池系统的能量密度达到90Wh/kg，采用三元材料（18650圆柱形动力电池）的动力电池系统的能量密度达到110Wh/kg。
在前瞻性技术研究方面，中科院先导计划支持相关研究所研制出能量密度超过300Wh/kg的锂离子电池样品和能量密度超过500Wh/kg的锂硫电池样品，但循环寿命及安全性等性能指标还需进一步提升。
目前，我国已形成了包括关键原材料（正极、负极、隔膜、电解液等）、动力电池、系统集成、示范应用、回收利用、生产装备、基础研发等在内的完善的锂离子动力电池产业链体系，掌握了动力电池的配方设计、结构设计和制造工艺技术，生产线逐步从半自动中试向全自动大规模制造技术过渡。
在产业布局方面，中国形成了珠江三角洲、长江三角洲、中原地区和京津冀区域为主的四大动力电池产业化聚集区域。据统计，目前有近100家动力电池企业开展动力电池的研发及产业化工作，有近1000亿元产业资金投入，形成近40GWh年产能，技术研发、产业化进展显著，有力地支撑了新能源汽车产业的快速发展。
二、发展新能源汽车的意义
1、新能源汽车可使中国实现从汽车大国到汽车强国的转变。
虽然当前世界各主要发达国家和有关汽车公司均在加紧研发此种新型汽车技术并取得长足进展，但总体而言，中国仍基本上与之处在同一个起跑线上，差距不过只有3—5 年，并不像传统内燃机技术一样存在20年的巨大差距。在商用化和产业化方面更是如此，某些方面我们还有一定优势。
2、新能源汽车可继续开辟中国的汽车市场。
中国的汽车产业刚刚发展起来，汽车普及率低，因而在汽车动力系统发展战略选择上有更大的自由度，在新能源汽车研发和产业化方面具有比较优势，推广应用新能源汽车的阻力也会小得多。
三、动力电池的应用现状
1、铅酸电池
铅酸电池是一个多世纪前诞生的电池技术，人们普遍认为其技术落后、性能低下，污染环境，在电池技术快速发展的当下，是应当全面淘汰的电池技术。而实际情况却是，在电动车及小型电动汽车领域，铅酸电池的市场占有率达到了惊人的90%，虽然不被看好却被普遍使用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其实，近年来铅酸电池的性能已经得到了提升，能量由20Wh/kg以下提升到了目前的40Wh/kg左右，循环次数由原来的350次左右，提高到了最高4000多次。另外，铅酸电池还有一大优势，就是可以回收循环利用，在美国，目前的铅酸电池回收率高达98.5%，我国的铅酸电池回收率也达到了90%。总的来说，铅酸电池虽然是上个世纪产生的技术，但随着科技的发展，铅酸电池不断得到改良，所以才能够在市场上如此活跃。
2、 镍氢、镍镉电池
镍镉电池作为动力电池的一种，具有良好的大功率放电性能，大多应用于电动工具领域。镍氢电池与镍镉电池相比较，体积比、能量比更高，记忆效应较小。在新能源汽车的研发应用中，锂离子电池的性能明显优于镍镉电池，发展前景也更为广阔，所以大部分厂家都不再使用镍氢、镍镉电池作为汽车能源。就目前的发展趋势来看，镍氢、镍镉电池在新能源汽车领域已经失去了市场。
3、 锂离子电池
目前市面上使用最多的新能源汽车电池就是锂离子电池。现在，其比能量达到了150Wh/kg，比功率达到了1 600W/kg，并且，随着科研的进行，其各项性能指标参数还会不断地提高。锂离子电池的电解液可以分为两种，聚合物电解质及液体电解质。目前，聚合物电解质的锂离子电池是研发和市场应用的主流。聚合物成分可以是三元锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂等，不同聚合物成分的各类电池在性能、安全性、寿命、生产成本方面各有优势，总体性能不相上下。市面上的电动汽车，厂家根据需求不同选择不同的聚合物电池，例如，比亚迪E6主打安全稳定、寿命长，所以选用了磷酸铁锂电池；日产聆风为了在各项性能均衡的前提下降低生产成本，所以选用了锰酸锂电池。
4、 燃料电池
燃料电池与传统定义的电池稍有不同，其本身不是通过不断的充电放电进行工作，而是利用储存的燃料进行发电。其使用的燃料有甲烷、甲醇、乙醇、氢气等，其中氢气作为燃料的燃料电池被看作零污染的理想型电池。目前，欧美、日本等国家都对燃料电池的研发给予了大力度的长期支持，并且现阶段已经取得了一定的成果。我国虽然对于燃料电池的研发给与了大力度的支持，但是电池技术上一直处于落后状态。这主要是由于技术难度过大，研发成本过高，配套设施的实现可能几乎没有，科研人员对于燃料电池的研发热情也不高。因此，我国燃料电池技术成熟、市场大规模应用的道路还很漫长。
四、新能源汽车动力电池技术发展趋势
1、技术提升阶段
新型锂离子电池实现产业化，能量型锂离子电池单体比能量达到350Wh/kg，能量功率兼顾型动力电池单体比能量达到200Wh/kg。动力电池实现智能化制造，产品性能、质量大幅度提升，成本显著降低，纯电动汽车的经济性与传统汽油车基本相当，插电式混合动力汽车步入普及应用阶段。
2、产业发展阶段
新型动力电池技术取得显著进展。动力电池产业发展与国际先进水平接轨，形成2～3家具有较强国际竞争力的大型动力电池公司，国际市场占有率达到30%。固态电池、锂硫电池、金属空气电池等新体系电池技术不断取得突破，比能量达到400Wh/kg以上。
3、产业成熟阶段
新体系电池实现实用化，电池单体比能量达到500Wh/kg以上，成本进一步下降；动力电池技术及产业发展处于国际领先水平。未来相当一段时期内，我国节能与新能源汽车将以普及应用插电式混合动力汽车、纯电动企业等新能源汽车为主要任务，迫切期待动力电池降低成本、提高性能。研发新型锂离子电池和新体系电池、提升动力电池智能制造水平、完善验证测试方法和标准体系，既是我国节能与新能源汽车的发展需求，也是我国动力电池发展的关键任务，具有紧迫性。
结语：新能源汽车竞争的核心是技术，最迫切的是实现动力电池技术的突破。从目前看，包括混合动力、燃料电池以及纯电动汽车在内的新能源汽车，是新能源汽车比较可行的技术选择。而在电动汽车关键零部件当中，动力电池是技术门槛最高、也是利润最集中的部分。如果不能掌握动力电池的核心技术，中国新能源汽车注定将举步维艰。而电池技术的突破，将成为中国进入新能源汽车领域，抢占未来行业制高点的最佳切入点。
参考文献：
[1]杨帆，孔方方.国内外新能源汽车动力电池发展及供求现状[J]. 上海汽车，2014（09）.
[2]史利民.我国新能源汽车产业现状及发展趋势[J].电器工业， 2011（07）.
论文作者:张玉良
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
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