摘要：作为新能源汽车的三大关键技术的核心，动力电池，已经得到了越来越多的重视，并且迫切需要加以解决。利用新技术、新材料改善已有电池，发明新电池是目前新能源汽车研究的重点工作之一。以大数据、人工智能、新能源为引领的第四次工业革命蓄势待发，动力电池的颠覆与革新也即将发生。基于此，文章就新能源汽车动力电池应用现状与发展趋势展开论述。
关键词：新能源汽车；动力电池；应用现状；发展趋势
引言
当前，交通运输业发展迅速，汽车数量持续增加，在使人们生活变得更加方便的同时，对生态环境造成一定的负面影响。为使汽车工业得到更进一步的发展，需要加强对新能源汽车的重视程度，加速交通能源的转型。由于电动汽车主要由动力电池提供动力，因此需要增强对电池关键技术的研究，分析动力电池的实际运用情况，为新能源电池技术的发展奠定基础。
1新能源汽车动力电池的类型
1.1铅酸电池
铅酸蓄电池已有100多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源，同时铅酸蓄电池也是成熟的电动汽车蓄电池之一。铅酸电池量高、体积大，但能量低，另外电池本身寿命短，需要经常更换电池。因此不少人认为其技术落后、污染严重，相比于其它类型的动力电池没有竞争优势[1]。实际上，铅酸电池具有可靠性高、原材料易得、价格便宜、可以回收利用等特点。目前铅酸蓄电池主要应用在电动自行车、三轮车等领域，市场占有率超过90％。
1.2镍氢电池
镍氢蓄电池是碱性电池的一种，具有使用寿命长、记忆效应低、大功率放电、比能量大特性，但价格较高。国外仍在生产汽车镍氢蓄电池的公司主要是OVONIE和丰田。OVONIE公司有80A•h和130A•h两种镍氢单元电池，比能量达每千克75-80Wh，循环使用寿命超过600次。国内的技术水平相比国外较低一些，主要有55A•h和100A•h两种，比能量达每千克65Wh。镍氢电池主要应用于电动工具领域，由于锂离子电池的发展，汽车镍氢电池基本已经被市场淘汰。
1.3锂离子电池
锂离子电池由于其高电压、高能量密度、独特的物理化学特性，在社会生活和国防军事方面得到了越来越广泛的运用。根据电解液的不同来分，主要有液体电解质锂电池和聚合物电解质锂电池两种，一般应用的聚合物电池；根据聚合物的不同来分，主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元锂等。锂离子电池的主要优点有：重量轻、比能量大、无污染、无记忆效应、使用寿命长等。在同体积重量情况下，锂电池的蓄电能力是镍氢电池的1.6倍，从理论角度看，目前的技术水平只开发了锂电池总电量的25%，具有广阔的开发前景。同时作为一种真正意义上的无污染电池，顺应了节能环保的大趋势，具有广泛的市场前景。我国从二十世纪九十年代开始开发和利用锂离子电池，至今已取得突破性进展，研制出了自主知识产权的锂离子电池。
1.4燃料电池
燃料电池其实并不是贮存电能的设备，准确地说它是一个完善的小型发电系统。燃料电池采用的燃料是氢、甲烷、甲醇、乙醇等，通过电池内部的化学反应将化学能转换为电能。不管是什么种类的燃料电池，其核心在于燃料中的氢、氧化剂中的氧两种元素，众所周知，氢氧反应产生水。因此与锂电池一样，燃料电池是一种零污染、零排放的理性动力源，被业界公认为未来汽车的最佳能源。早在上个世纪末，美国、日本等发达国家就对燃料电池给予了极大程度的重视，现在已经有了示范运行的燃料电池汽车。我国的燃料电池研究起步晚、技术落后，配套实施匮乏。如果说国外的燃料电池是“青年”阶段，那我国燃料电池则处于“婴儿学步”阶段。但是，近几年燃料电池在我国已经逐渐得到了重视，相关的优惠性政策也陆续出台，差距将会逐渐缩小。
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2国内动力电池产业发展现状
2016年全国正极材料产量16.16万吨，其主要受动力电池带动，2016年国内动力电池产量同比增长超过60%。其中，三元正极材料产量5.43万吨，同比增长48.8%；产值79.8亿元，同比增长超过60%，在以下四种正极材料中其产值占比最高。美国特斯拉Model3采用全新21700电池,相比18650电池在外观上变长变粗，能量密度也提高了20%，单体电池容量可达3~4.8Ah，大幅提升35%。在轿车领域三元锂动力电池已然为主流产品，客车领域，铁锂电池成为主流。
现状一：动力电池厂商面临着材料价格上涨与车企降价的双重压力。现状二：动力电池产业格局明显，一线品牌供不应求，二三线品牌供过于求，市场的天平始终无法平衡。现状三：动力电池产能逐年扩大，2017年预计突破90GWh。现状四：能量密度提升刻不容缓。现状五：动力电池制造工艺标准不一。
我国动力电池现有能量密度与目标值差距126%，2020年达到目标值对磷酸铁锂电池来说太难了。目前，特斯拉为代表的三元锂电池则可实现；此外，固态锂电池也可以将电池系统能量密度提升至300Wh/kg水平。
3国内外动力电池产业发展趋势
3.1动力电池产业未来发展趋势
近年来汽车起火事故频发，使得安全成为动力电池产业未来发展最关键的问题。各国政府纷纷提出了下一代锂电池的研发目标。中国、美国、日本政府提出希望在2020年展示能量密度达到400~500Wh/kg的原型器件，在2025-2030年实现量产。计算表明，采用金属锂负极的半固态、固态、全固态的锂硫、锂空电池有望实现高能量密度电池的目标。
3.2动力电池产业未来发展路线
液态锂离子电池的循环性目前可达万次，并且预锂化技术也逐渐成熟，但安全性仍是液态电池的一大弊端，未来的3-5年，首先能够规模化生产的有可能是介于液态锂电池和固态锂电池之间的电池类型。着重需要关注的前沿问题，锂负极的保护，电极与电解液界面、及电池结构设计等方面。随着循环性，安全性及综合指标的提升，逐渐减少液体电解质比例，最终过度到全固态锂电池上。
3.3全球固态锂电池企业研发分布图
法国Bolloré：全固态二次电池（LMP），目前已经批量应用在法国的EV，共享服务汽车“Autolib”和小型电动巴士“Bluelus，总体应用超过3000辆。美国Seeo：全固体二次电池采用大创公司的干聚合物薄膜，提供的样品电池组能量密度为130-150Wh/kg，2017年能量密度能达到300Wh/kg，尚未推广应用。全固态锂电池技术已在法国成功商业化。
3.4国内固态锂电池企业研发分布图
CATL:目前已经设计制造出了容量为325mAh的聚合物电芯，表现出较好的高温循环性能，尚未推广应用。中科院青岛能源所:开发的大容量固态聚合物锂电池“青能I号”完成深海科考,其能量密度超过250Wh/kg，500次循环容量保持80%以上，在多次针刺和挤压等苛刻测试条件下保持非常好的安全性能。“青能II号”也已经研发成功，能量密度高达300Wh/kg，尚未推广应用。
结语
当前，我国电动汽车发展存在较多的不足之处，相关部门应持续分析和研究电池均衡的形式，使电池技术日趋完善，促进新能源汽车动力电池进一步发展。
参考文献
[1]黄民礼.我国汽车动力电池产业发展路径与中山市发展战略研究[J].广东广播电视大学学报,2014,23(02):29-33.
[2]郑香伟.新能源汽车动力电池应用现状及发展趋势[J].内蒙古科技与经济,2016(23):102+104.
[3]龙曦,朱禹.浅析新能源汽车动力电池应用现状与发展趋势[J].山东工业技术,2017(20):3.
论文作者:隋雪峰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
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