新能源汽車動力電池應用現狀與發展趨勢

孫志國

東莞理工學校 廣東省東莞市 523808

1 引言

新能源汽車是指采用非常規的車用燃料或常規的車用燃料、新型車載動力裝置等作為動力來源，綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進，具有新技術、新結構的汽車。可燃冰、頁巖氣、電能、核能、風能等形式的新能源不斷被開發和應用，作為新能源汽車中應用最深入的當屬電能，電動汽車已經成為了新能源汽車發展的主要方向。

2 新能源汽車動力電池的應用現狀

從新能源汽車的發展歷史來看，日本是全世界最先進行新能源汽車研發、推廣的國家，日本主要是以混合動力汽車為主進行市場開拓的，以特斯拉集團為首的美國新能源汽車廠商在借鑒日本經驗的基礎上，率先推出了以鋰電池為主的純電動汽車，歐洲范圍內隨著柴油汽車污染狀況進一步惡化，各國逐漸將目光集中到新能源汽車上來。

我國新能源汽車的發展始于本世紀初，2008年是我國新能源汽車的“發展元年”，在各種政策的扶持之下，市場活力和增長潛力得到進一步釋放。近年來，全世界范圍內范圍內各大汽車生產廠商紛紛推出新型動力系統汽車，在國內，以比亞迪為代表的國產汽車公司先后推出了“秦、唐”等油電混合的新能源汽車，同時一些互聯網公司如百度也正在嘗試向新能源汽車領域進軍，開始打造自己的品牌。新能源汽車的發展基礎是動力電池，其發展又離不開新能源汽車的引導。新能源汽車能走多遠，最終取決于動力電池能走多遠。因此，動力電池必須與新能源汽車的發展相適應。

目前國內生產供應動力電池的企業有上百家，但總體來看自動化程度低，生產效率低、產品質量低、運營信息互聯互通程度低是動力電池生產企業的“三大”缺陷，嚴重制約了動力電池的整體發展，更制約了我國新能源汽車產業的發展。

3 新能源汽車動力電池的類型

筆者通過市場調研和資料整理，歸納出目前的汽車動力電池主要有以下幾種：

3.1 鉛酸電池

鉛酸蓄電池已有100多年的歷史，廣泛用作內燃機汽車的起動動力源，同時鉛酸蓄電池也是成熟的電動汽車蓄電池之一。鉛酸電池量高、體積大，但能量低，另外電池本身壽命短，需要經常更換電池。因此不少人認為其技術落后、污染嚴重，相比于其它類型的動力電池沒有競爭優勢[1]。實際上，鉛酸電池具有可靠性高、原材料易得、價格便宜、可以回收利用等特點。目前鉛酸蓄電池主要應用在電動自行車、三輪車等領域，市場占有率超過90%。

3.2 鎳氫電池

鎳氫蓄電池是堿性電池的一種，具有使用壽命長、記憶效應低、大功率放電、比能量大特性，但價格較高。國外仍在生產汽車鎳氫蓄電池的公司主要是OVONIE和豐田。OVONIE公司有80A·h和130A·h兩種鎳氫單元電池，比能量達每千克75-80Wh，循環使用壽命超過600次。國內的技術水平相比國外較低一些，主要有55A·h和100A·h兩種，比能量達每千克65Wh。鎳氫電池主要應用于電動工具領域，由于鋰離子電池的發展，汽車鎳氫電池基本已經被市場淘汰。

3.3 鋰離子電池

鋰離子電池由于其高電壓、高能量密度、獨特的物理化學特性，在社會生活和國防軍事方面得到了越來越廣泛的運用。根據電解液的不同來分，主要有液體電解質鋰電池和聚合物電解質鋰電池兩種，一般應用的聚合物電池；根據聚合物的不同來分，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元鋰等。鋰離子電池的主要優點有：重量輕、比能量大、無污染、無記憶效應、使用壽命長等。在同體積重量情況下，鋰電池的蓄電能力是鎳氫電池的1.6倍，從理論角度看，目前的技術水平只開發了鋰電池總電量的25%，具有廣闊的開發前景。同時作為一種真正意義上的無污染電池，順應了節能環保的大趨勢，具有廣泛的市場前景[2]。我國從二十世紀九十年代開始開發和利用鋰離子電池，至今已取得突破性進展，研制出了自主知識產權的鋰離子電池。

3.4 燃料電池

燃料電池其實并不是貯存電能的設備，準確地說它是一個完善的小型發電系統。燃料電池采用的燃料是氫、甲烷、甲醇、乙醇等，通過電池內部的化學反應將化學能轉換為電能。不管是什么種類的燃料電池，其核心在于燃料中的氫、氧化劑中的氧兩種元素，眾所周知，氫氧反應產生水。因此與鋰電池一樣，燃料電池是一種零污染、零排放的理性動力源，被業界公認為未來汽車的最佳能源。早在上個世紀末，美國、日本等發達國家就對燃料電池給予了極大程度的重視，現在已經有了示范運行的燃料電池汽車。我國的燃料電池研究起步晚、技術落后，配套實施匱乏。如果說國外的燃料電池是“青年”階段，那我國燃料電池則處于“嬰兒學步”階段。但是，近幾年燃料電池在我國已經逐漸得到了重視，相關的優惠性政策也陸續出臺，差距將會逐漸縮小。

4 新能源汽車動力電池發展策略分析

我國作為新能源汽車動力電池的生產與消費大國，在全球的電池市場上占有一席之地。動力電池的發展不僅是我國新能源汽車市場發展的基礎與前提，也是新能源領域產業變革的先導手段。下文從四個方面分析新能源汽車動力電池的發展路徑：

4.1 電池制造方式——智能化

大數據與人工智能技術飛速發展，必將顛覆各行各業的生產，包括動力電池在內的新能源汽車零部件制造走向智能化是技術所趨。整合動力電池的研發、測試、生產與銷售使用的全過程信息，利用大數據技術進行挖掘分析，從中找出相關性關系，以此產生更大的價值。智能化是制造業轉型升級的必然路徑，通過配備可部分自主決策的機器取代人力，工廠的生產效率和規模將會進一步躍升，同時降低了人力成本和工作失誤率，提高了企業的利潤空間[3]。以無人化、可視化和信息化為主要特征的智能化制造是動力電池制造不可缺少的變革方向。另外，對于電池系統開發、測試、制造、售后過程的數據監測和控制將有效保證動力電池的可靠性和穩定性。

4.2 成本降低方式——規模化

如何降低動力電池的制造成本，是困擾業界的主要難題之一。電池制造成本的主要路徑有兩種：一是通過電池技術革新推動電池體系優化，提升電池的使用壽命，以此降低成本；二是改變電池生產體系，利用規模化生產方式，形成規模經濟，降低單位產品生產成本；三是實施資源回收戰略。以特斯拉為例，因規模化生產18650圓柱電池（電池型號：直徑18mm，長度65mm），其成本大約降低了40%左右。資源回收利用是居于生產環節的廠家降低生產成本，提升利潤空間的重要方式。目前，動力電池回收體系尚不完善，以鋰電池回收為例，鋰電池回收成本高、產業鏈不完善、重復開發技術缺乏，是制約鋰電池回收體系發展的主要障礙，在這方面鋰電池回收可以借鑒鉛酸電池的相關經驗。

4.3 商業發展方式——合作化

技術的發展需要成熟的生產鏈與資金鏈支撐，生產鏈與資金鏈意味著商業模式的變革與創新。“多方合作”是未來任何產業發展的必然要求。動力電池的生產經營可以考慮引入分散和整體的合作理念，支持小微企業的發展，讓不同的生產廠家承擔不同的電池生產職能，最終對零部件進行組裝測試[4]。拆分生產鏈，以此提高生產效率，降低企業風險。同時，多企業參與生產，可以調動各企業的積極性，發揮企業自主創新能力。合作化是動力電池企業發展無法避免的趨勢，企業必須樹立合作意識，變革生產與經營策略，更好地應對新能源汽車發展大勢下的機遇與挑戰。

5 結語

綜上所述，目前新能源動力電池仍處于上升階段，技術有待完善創新，市場遠未飽和。從技術角度看，動力電池未來的發展種類主要有鎳氫電池、鋰離子電池、燃料電池以及鋰空氣電池。從電池市場來看，目前鋰離子電池獨領風騷，燃料電池后來居上，鉛酸電池老驥伏櫪，鎳氫電池死而不僵。

安全性能、能量密度與環境保護是動力電池發展的核心理念，可以預見，新能源汽車因為采用基于這三種核心理念的動力系統，必將在未來的汽車市場中脫穎而出，成為未來汽車的主要發展方向之一。筆者認為，理想的動力電池應該具有以下特征：①充電時間短；②體積小、質量輕、比能量大；③續航里程長；④性能穩定，使用壽命長，可以回收利用；⑤價格便宜，方便易得；⑥節能環保。隨著技術的幾何級數革新與發展，相信理想電池前景可待，未來可期。