目前,新能源汽车电池类型的分类主要从两个方面来区分,一是电池材料,二是电池包的形状。根据电池材料,汽车电池类型可分为三元锂电池、磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍电池和铅酸电池。根据电池封装形状,汽车电池类型可分为圆柱电池、方形电池和软包电池。
一、汽车电池按电池材料分类
① 三元锂电池
在汽车电池类型中,三元锂电池非常常见。优点是容量密度高,续航能力超强。缺点是安全性比较差,尤其是在高温下安全性能会下降。但三元锂电池的性能仍优于钴酸锂电池,因此被广泛应用。无论是特斯拉、宝马,还是奥迪的新能源车型,都采用了三元锂电池。CATL抓住了三元锂电池的趋势。
② 磷酸铁锂电池
说起磷酸铁锂电池,第一个想到的就是比亚迪汽车。比亚迪在车用电池种类上一直坚持磷酸铁锂电池的研发,处于绝对领先地位。磷酸铁锂电池的优点是非常安全稳定,循环次数可达2000次,无论是高温还是撞击都不会爆炸。
缺点也很明显,就是能量密度低,同等功率条件下需要更大的空间和重量。三元锂电池在私家车上逐步推广使用,而磷酸铁锂电池仍在公交车上使用。
③ 钴酸锂电池
在汽车电池类型中,钴酸锂电池是比较早的动力电池。特斯拉在推出Model S之前推出了一款Roster,就是一款钴酸锂电池。钴酸锂电池的优点是容量密度比较大,能量密度高,单位体积的电池可以储存更多的电量。缺点是热特性瓶颈大,成本高,稳定性很差。一般应用于数码电子领域,而电动汽车对动力电池的安全性要求较高,因此特斯拉日后也放弃了钴酸锂电池。
④ 锂锰氧化物电池
锰酸锂电池也是目前汽车电池类型中比较主流的动力电池。虽然各方面都不突出,但是很均衡,综合能力强,能量密度中等,价格低廉。锰酸锂电池安全环保,更符合日韩汽车厂商的需求,所以日韩厂商使用较多,中国主要用于一些轻型车厂商。
⑤ 镍电池
在镍氢电池发明之前,镍镉电池已经占据了很大一部分电池市场,并被市场所认可。但在镍氢电池发明后,迅速占领了镍镉电池的市场份额。在汽车电池类型中,镍镉电池含有重金属,使用后丢弃会污染环境。
镍氢电池相对环保,对环境基本没有污染。在放电率方面,镍氢电池的放电率高于镍镉电池。在使用寿命方面,在同等条件下,镍氢电池比镍镉电池要长。镍氢动力电池刚刚进入成熟期,是目前唯一经过实际验证并实现商业化规模化的混合动力汽车用电池系统。
⑥ 铅酸蓄电池
铅酸电池是汽车电池种类中技术比较成熟的,成本比较低,可以高倍率放电。但是,相比铅酸电池和锂离子电池,铅酸电池的比能量、比功率和能量密度都非常低,以它为动力源的电动汽车不可能有好的速度和续航里程。
2、汽车电池按包装形状分类
① 圆柱电池
圆柱型锂电池是目前研究分析较多、技术讨论最为全面的电池品种。单体圆柱电池主要由正极、负极、隔板、正负极集电体、阀体、过流保护装置、绝缘体和外壳等组成。早期的外壳材料多选择钢壳,现阶段以铝壳为主。作为汽车电池类型的圆柱形电池的设计与日常生活中看到的AA电池基本完全相同。
特斯拉正在使用这种电池形状,生产工艺非常成熟,性能也比较稳定。特斯拉之所以选择这种电池形状作为汽车电池类型,主要是因为它在包装时会在电池之间留下一些气孔。这些孔隙可以为电池提供散热空间,有效防止电池过热。不过这种电池因为采用了金属外壳,所以比较重,单体电池的能量密度不是很高。
② 方形电池
方形电池也很常见,通常指的是铝制或钢制方形电池。方形电池结构比较简单,整体配件重量轻,相对能量密度比较高,供电能力很强。车用电池类型中方形电池的可塑性会更强,可以根据所搭载产品的具体需求进行定制,但这也导致其尺寸大小不一,并没有明确的制造标准。
无论是制造工艺还是应用标准,都没有像圆柱电池那样有明确的标准划分。缺点是标准难以统一,各车电池型号不尽相同,容易造成市场混乱。
③ 软包电池
软包电池是一种采用铝塑薄膜作为封装材料的电池,需要进行热包。软包锂电池的基本结构与圆柱和方形相似,不同之处在于软包锂电池是包裹着聚合物外壳的液态锂离子电池。结构采用铝塑膜包装,一般由三层组成。
在车用电池类型中,软包电池的封装材料和结构赋予其一系列优势。比如安全性能好,软包电池的结构采用铝塑膜封装。当出现安全问题时,软包电池一般会发生气体爆炸,而不是像钢壳电池或铝壳电池那样发生爆炸。重量轻,可以减轻汽车的负担。
设计灵活,形状的形状可以随意变化。缺点是一致性差,成本高,容易出现漏液现象。而且,铝塑膜看起来很简单,但如何将三层材料均匀牢固地结合起来,却不是那么容易。而现在质量好的铝塑膜基本依赖进口。
3.结论
在一定程度上,不同的汽车电池类型并没有严格的好坏之分。它们符合汽车电瓶电压,各有优缺点,可以在不同的使用环境中发挥各自的优势。近年来,全球汽车产业新能源化趋势强劲,技术不断迭代的动力电池正成为产业转型的助推器。同时,大力完善新能源汽车充电设施也是当务之急。