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摘要：在中国制造2025的大背景下，电动汽车产业已经发展成为全球的重要产业，有着广阔的发展前景，也是我国汽车产业弯道超车的关键所在。在节能环保时代，电动汽车动力电池的更新换代也进一步加快，这对经济的发展以及能源的节约等都有着积极意义。本文总结了目前电动汽车动力电池的现状和主要问题，并预估了其未来主要发展方向。
关键词：电动汽车电池；现状；发展趋势
引言
自从锂离子电池问世以来，动力电池技术得到了长足的发展和广泛的关注，也使得电动汽车走向市场和应用。电动汽车的应用优势突出，这其中起到重要作用的就是电池，既不存在汽车尾气排放问题，也对节约能源发挥了积极作用。因此，各国政府都陆续出台了相关电动车领域发展的规划，并且制定了传统化石燃料汽车退出时间表。2012年至2018年，全球范围内新能源汽车销量增长迅速，电动车市场容量迅速扩大，消费者对电动车的接受程度也越来越高[1]。目前，我国北汽、广汽、比亚迪和蔚来等汽车企业都竞相推出了新能源车型。
但现阶段电动汽车依然存在着电池安全隐患、续航里程有限等问题，主要是动力电池安全性和容量特性有限导致，造成用户体验不佳、甚至生命财产受到威胁，这给电动车技术和行业的发展造成了一些负面影响。因此，动力电池技术的发展受到了相关领域的普遍关注。
1电动汽车动力电池的发展现状
锂离子电池凭借其能量密度高，循环使用寿命次数的优势成为了成为电动车上最常用的电池种类之一。以下结合下图动力电池主要类型，分析其发展现状以及未来的主要发展方向。
图1.2016-2018年电动汽车动力电池类型
1.1 三元锂电池
三元锂离子电池是指使用镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂为正极材料的锂离子电池。三元锂离子电池在容量和安全性方面比较均衡，其循环性能优于正常钴酸锂，目前其电压可达3.7V以上。因为三元锂电池的能量密度较高（为200Wh/kg），在相同质量的情况下，三元锂电池的续航里程要比采用磷酸铁锂电池的车型更长，所以目前大多数车企都使用三元锂电池。但三元材料的缺点就是稳定性较差，当自身温度为250-350℃时，内部成分就开始分解，这也对它的电动车安全和BMS电池管理系统提出了更高的要求。目前三元材料的主要发展方向主要包括：提高材料稳定性、充电电压、放电容量和压实密度等。
1.2 磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。磷酸铁锂具有八面体晶体结构，其晶体中的P-O键稳固，难以分解，即使在高温下也不会出现结构崩塌发热或形成强氧化物质，因此磷酸铁锂具有良好的安全性。此外，磷酸铁锂具有倍率性能优异，循环寿命极好，对环境无污染和可快速充电等优点[2]。但磷酸铁锂的振实密度较低（理论振实密度为3.6g/cm3，远小于钴酸锂的5.13.6g/cm3），包碳以后的磷酸铁锂材料实际振实只有1.0-1.2g/cm3。这导致磷酸铁锂的体积比容量过低，限制了其在电动车中的应用。但磷酸铁锂优异的安全性也是装机容量稳定在20GWh左右的主要原因。
1.3 锰酸锂电池
锰酸锂是锂离子电池的一种常见正极材料。锰酸锂主要是尖晶石型锰酸锂材料，其作为锂离子电池正极材料，具有价格低，电位高，环境友好，安全性高等优点。其理论容量为148 mAh/g，实际容量可达123 mAh/g（400次循环）和107mAh/g（2000次循环）[3]。2016至2018年间，其在电动车方面的装机容量大约为1-1.5 GWh左右。
1.4 钛酸锂电池
钛酸锂是锂离子电池的负极材料。钛酸锂具有高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保等优点。钛酸锂具有较高的锂离子扩散系数，这使其具有高倍率充放电的能力[4]。由于其本身的化学特性，钛酸锂容易在充放电过程中与电解液之间发生相互作用并产生气体，导致电池胀气，这也是限制钛酸锂电池大规模使用的一个重要原因。
2 电动汽车动力电池应用发展趋势
作为电动车的动力来源，动力电池主要要求可以概括为高容量和安全性。目前阶段，电动车行业的“里程焦虑”对用户驾驶体验带来不好的负面影响。另外，电动车自燃等安全事故时有发生，目前尚没有十分有效的手段来解决动力电池安全隐患。所以这两方面是未来电动汽车动力电池技术发展亟待解决的关键问题。目前，研究者们致力于开发新型锂离子电池电极材料，比如高容量和高安全性能的三元材料，如单质硫为正极的锂硫电池，高容量的硅负极材料等。除此以外，本文认为以下两个方面的思路可有效提高电动汽车动力电池的安全性和容量特性。
2.1 提高锂离子电池的安全性能——固态电池
就目前电池汽车动力电池而言，提高电池的安全特性还是要从电池的材料和设计方面展开。目前研究普遍认为固态电池是提高锂离子电池安全性能的有效手段[5]。固态电池是将现有锂离子电池的隔膜或电解液用可传导锂离子的固态电解质代替，从而减少电解液的使用，达到提高电池安全性并同时提高电池的能量密度的目的。但目前固态锂离子电池尚处在研发阶段，仍有很多技术瓶颈需要克服。
2.2 发展新型高容量动力电池——如燃料电池
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，被认为是未来理想的清洁能源之一。在其工作过程中，将燃料和空气分别送进燃料电池，通过一系化学反应，产生出电能，驱动车辆使用，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。目前，燃料电池汽车主要集中在商用车领域，主要原因是目前燃料电池的整体比容量偏低，导致其系统占用空间过大。另外，燃料电池的价格，氢气的储运也存在着较大的挑战，也是未来燃料电池发展要客服的关键问题。
结束语
综上所述，电动汽车的发展和普及是时代发展的必然趋势，也是汽车行业寻求自身进一步发展的内在需求，因此，电动汽车电池的研究是十分必要的。因此，有关人员应对积极转变自身观念，切实提高电动汽车电池性能，促进电动汽车的发展，进而实现民众物质生活水平的进一步提高，促进社会经济的长久稳定发展。
参考文献：
[1]昕文.工信部解读《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020年）》[J].汽车与配件，2012，（33）：12-14.
[2]冯国彪，邓宏.锂离子电池正极材料磷酸铁锂研究进展[J].无机盐工业，2011，43（3）：14.
[3]贺周初，庄新娟，彭爱国.锂离子电池正极材料尖晶石型锰酸锂的研究进展[J].精细化工中间体，2010，40（1）：7-11.
[4]罗银燕，李燕楠，邢琳.锂离子电池负极材料钛酸锂研究进展[J].科技视界，2015，（28）：27-27.
[5]刘晋，徐俊毅，林月，et al.全固态锂离子电池的研究及产业化前景[J].化学学报，2013，71（6）：869-878.
论文作者:李成佳1,赵强2,曾梓华3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/7
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