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在环保及政策多重影响下,新能源汽车,特别是电动汽车销量节节攀升,增速飞快。
但在快速发展的背后,关于电动车的评论始终伴随着褒贬不一的声音,例如节能但购置成本太高,环保但续航不行等,其实这些矛盾体的决定因素是电动车的核心部件“三电”——动力电池,电机、电控。
而在“三电”中,动力电池又扮演着最重要的角色,正所谓“巧妇难为无米之炊”,即使电控、电机技术再先进,作为动力源头的电池性能不行,整车性能必将大打折扣。本文将简单探讨下电池主要基础参数。
一、电池简史
电池的最早发展可追溯到1800年,意大利科学家伏打(Volta)研制成功了伏打电池,这个是世界上第一个能够实际应用的电池。1859年法国科学家普兰特(Plante)发明了铅酸蓄电池,这是世界上第一个可充电的电池。
其后科学技术水平不断提高,推动着各种电池的产生,20世纪50年代碱性锌-锰干电池问世,60年代燃料电池研制成功,70年代各种锂电池开发成功,80年代氢-镍电池问世以及90年代出现锂离子电池,电池技术迎来“井喷”式发展。
而本文探讨的电动车所采用的锂离子电池(下文简称锂电池)也正是源于这段发展期。锂电池的发展也经历过一段“坎坷”摸索时期,大致发展分一下三个阶段:
第1阶段,因负极材料是锂金属及其合金,且不可充电,因此该阶段锂电池,更确切的表达是锂金属一次电池;
第2阶段,负极材料仍是锂金属及其合金,但正极材料由MoS2等嵌入化合物代替过渡氧化物,实现了锂离子在电池正负极往复迁移运动,即可重复充放电,因此该阶段锂电池实质是锂金属二次电池;
第3阶段,负极材料是石墨、焦炭等导电电极,正极材料是含锂化合物,例如嵌锂过渡金属氧化物、嵌锂金属硫化物、含锂盐类化合物。该阶段锂电池,本质上是现在我们所称作的锂离子电池。
二、锂电池结构
锂电池主要结构分为,正极、负极、电解液、隔膜及外壳。
(1)正极
特点:稳定电化学能、不易分解结构、越高越好的比容量。
分类(商用):磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)
三元材料:镍锰钴酸锂(NCM)、镍锰铝酸锂(NCA)
正极材料占锂电池成本30~40%,直接影响电池性能,甚至现在市场上锂电池分类就是按照正极材料分的,可见正极材料对锂电池的重要性。
(2)负极
特点:高比容量、较好充放电可逆性、较锂电极电势更低。
分类(商用):目前以碳材料石墨类为主(比容量有限)
未来硅-碳复合材料是趋势(比容量大,是普通石墨材料2~3倍)
(3)电解液
特点:高离子电导率、宽电化学稳定窗口、不与电极发生反应、安全、无毒、无污染。
组成:溶剂(30%):碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等
溶质(50%):锂盐(LiPF6、LiBF4等)添加剂(10%)、其他(10%)。
三、锂电池参数
(一)电池容量C:在一定条件下,电池放出的电荷量,单位:mAh或Ah。
根据使用条件电池容量可分为:
理论容量:假设活性物质完全被利用,电池可释放的电量。
额定容量:实验室条件下,满充电池可释放的电量。
实际容量:实际使用环境(但符合电池规定使用条件),满充电池可释放的电量,小于额定容量
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