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動力鋰電池們的自白純電動汽車的"無奈"

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年09月27日  

新能源大軍里,純電動汽車因續駛里程相對較短、充電時間相對較長,令人望而止步,所以我們看到一個有趣的現象:大家都在計算購買混動車多少年后才能回本?;靹邮钱斚滦履茉吹淖罴呀^決方法,那么純電動為何不是當下最佳呢?


自19世紀,這個世界被第一盞電燈點亮,人類就再也不用為黑夜而迷茫。到了1990年,通用研發的第一款量產電動汽車EV-1開始投放市場,我們意識到,人類可以不再為石油而茍且,也可以擁有電池和遠方。


時間到了21世紀,環境與能源問題日益嚴峻,面對異軍突起的新能源車,傳統汽油車似乎如臨大敵。新能源大軍里,純電動汽車因續駛里程相對較短、充電時間相對較長,令人望而止步,所以我們看到一個有趣的現象:大家都在計算購買混動車多少年后才能回本?;靹邮钱斚滦履茉吹淖罴呀^決方法,那么純電動為何不是當下最佳呢?我覺這個得從最根本的電池說起。


說到電池,你可能會日夜感嘆手機電池太渣,一日三沖,也可能空下會來槽槽Note7的電池炸掉了三星數百億。其實在純電動汽車領域,電池同樣是一個令人抓狂的頑疾。目前市面上的混動車大多采用了鎳氫電池,而純電動汽車則采用了各式鋰離子電池。接下來我們就來采訪一下電池們,看看他們有什么話要講吧。


鉛酸電池的自白


我是一塊重要是由鉛及其氧化物制成的,以硫酸溶液為電解液的蓄電池。因為我出道早,技術成熟,所以我身價低(香菇藍瘦),因此被廣泛應用于汽車蓄電池。上述的通用EV-1就是用了32塊我的同胞作為重要動力源。


雖然我的工作溫度范圍寬、自放電率低、安全性能好,但是我經常被處理不當,也造成了不小的污染(深感慚愧)。當然我最重要的缺點還是單體電壓較低,比能量也不高,只有30-45Wh/kg。有電瓶車的童鞋,可以嘗試抱一下我,可不是一般的重。特斯拉的鋰離子電池兄弟重達1000公斤左右,同等能量的我,要比鋰離子電池重3倍(胖死你),若用我作為重要動力源,那整車質量可就不敢想象了。故而目前我大多作為啟動蓄電池。


鎳鎘電池的自白


多年前,大家可能都曾有過這樣的經歷,買來新的電子產品,總有個習慣,要先放光電,再連沖八個小時,激活電池。其實這就是我與生俱來的記憶效應(腦子不太好),長期不徹底充電、放電,易在我體內留下痕跡,降低我的容量。


我雖然已經被研究透徹,自放電小、性能穩定,且幾乎不用維修,但我自知有兩個基因缺陷,有記憶效應,而且大家都說我體內有有毒金屬-鎳,會污染環境。因此我也就無緣電動汽車了(還是香菇藍瘦)。


鎳氫電池的自白


我是一塊由氫離子和金屬鎳合成的電池,我在擁有鎳鎘電池兄弟優點的同時,不僅電量儲備比鎳鎘電池多30%,最重要的是我無污染,且醫生說我沒有記憶效應(體檢合格)。因此,我就成為目前市面上混動車動力鋰離子電池的首選,占有率超過了90%。其中最著名的應該就是豐田的普銳斯了,從2001年進入市場后,無論怎么換代,對我始終都不離不棄(陪伴是最深情的告白)。


鋰離子電池的自白


終于輪到我了,我是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。我最大的優點就是能量密度大,比能量達到了90-130Wh/kg,這還只是我們家族的平均水平。純電動汽車,只能靠電池供應動力,若使用鎳氫電池,在相同質量下,能量遠遠比不上我,失去了發動機,鎳氫電池在純電動汽車上,恐怕只能心有余而力不足,跑不了多遠就該歇菜了。(沒電是會呼吸的痛)。


在我的大家庭中,分支不少,但因為我們安全性能差(有點暴力傾向),要極高電池管理水平才能管教我們,故而各家對我們家族眾兄弟們的選擇各有不同。


三元鋰離子電池的自白


大名鼎鼎的特斯拉,就是使用了我,雪佛蘭Volt也是,因為我身高65mm、腰圍18mm,大家都叫我18650型三元鋰離子電池(怎么那么隨意)。我使用的是鎳鈷錳酸鋰三元材料,比能量要比其他兄弟高,但我體積極小,單體容量也小,因此要大量的兄弟姐妹一起供應動力,但這也帶來了成組困難,對控制系統要求極高。


這一壯舉的實現,得益于特斯拉全球領先的電池管理系統。特斯拉電池組板由我們16組電池組串聯而成,并且每組由444節兄弟姐妹,每74節并聯形成。因此特斯拉ModelS電池板共有我們7104節18650型鋰離子電池,我們的總質量在500KG左右(破迪尼斯記錄了),可以儲存85度電。


但由于我們相對的不穩定性,特斯拉在電路板上使用了大量的電阻和電容進行信號調理,僅電路板的一面就有6組電信號的采集線路,并設置傳感器,感知我們每塊電池的工作狀態和溫度情況,從而保證我們每節單體電池的溫度差異控制在±2°C內。簡而言之就是要對我們每個單體都做到無微不至的“照料”。這種獨有的技術也使特斯拉成為了這一領域的奇跡。


磷酸鐵鋰離子電池的自白


顧名思義,我就是使用了磷酸鐵鋰作為正極材料的電池。在各方面的性能都稍遜于三元鋰離子電池,但在安全性方面要相對好一些,當然循環壽命理論上來講,要也要高一些(可循環2000次以上)。因此雖然針對我的技術已經發展到瓶頸,但仍很有市場。


例如比亞迪E6就是使用的我,因為我安全性相對較高一些,因此電池管理方面不要苛刻的要求,大大降低了使用我的門檻。在比亞迪e6上,我大概重600kg左右(打破紀錄啦),可以儲存65度電,當然e6在換取安全性的同時,行駛里程要稍微遜于特斯拉(有得必有失嘛)。


錳酸鋰離子電池的自白


正極使用錳酸鋰材料的我,除了高溫性能相對較差,壽命較短以外(生來悲慘),由于相比較鈷、鎳等稀有元素,錳元素儲量豐富,故而我的身價也相對較低、安全性佳和低溫性能好的優勢,使我成為了動力鋰離子電池的又一大選擇。


最著名的電動汽車日產聆風,與其發展而來的啟辰晨風都使用了我,例如晨風就征召了我們192節單體錳酸鋰離子電池,電池單元以層疊結構的方式把我們捆成48個電池模塊,總重276Kg,儲電24度,行駛里程在180公里左右。


小結


聽完了電池們的自白,我們來總結一下,電池仍然是目前人類科技發展的一個瓶頸,最主要體現在了能量密度上,車用電池成組后現在一般也就100~150Wh/kg的能量密度,汽油的這個數值大概是10000…所以哪怕你像烏龜相同背一車電池都不見得解決問題,所以無論是上述哪類電池,都還有巨大的發展空間。期待未來的某一天,我們可以真正甩掉石油這個“累贅”,換上電池的翅膀。

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