新能源汽車電池的發(fā)展和研究

一、新能源汽車電池發(fā)展研究現(xiàn)狀國外研究情況：日本在新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展方面速度較快。日本政府大力支持電池技術(shù)研究，積極向全球推廣相關(guān)技術(shù)，擁有較多的新能源汽車電池專利，在電池技術(shù)研究方面處于領(lǐng)先地位。國內(nèi)研究情況：我國在持續(xù)研究過程中逐漸掌握新能源汽車電池核心技術(shù)，并且借鑒日本、美國等國家的數(shù)據(jù)，依據(jù)我國新能源汽車發(fā)展趨勢，將交換膜燃料電池技術(shù)作為重點發(fā)展項目，為我國新能源汽車電池發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。二、新能源汽車電池的主要分類及技術(shù)概況（一）主要分類蓄電池：一般配置在純電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)中，其內(nèi)部由不同物質(zhì)組成，主要包括鎳氫電池、鋰離子電池以及鎳鎘電池，其中鋰離子電池是目前新能源汽車主流方向，在電量保持、工作溫度、單體電壓以及比能量方面，均優(yōu)于傳統(tǒng)電池。燃料電池：以電化學裝置的形式出現(xiàn)，利用化學物質(zhì)反應將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。超級電容器：儲電能力較低，只能在汽車短距離行駛中使用。（二）發(fā)展情況不同類型的新能源汽車電池性能差異較大，主要體現(xiàn)在提供動力形式、電池材料和研究成本方面。鋰離子電池具有良好的商業(yè)化價值，鎳氫電池應用技術(shù)成熟，現(xiàn)階段鋰離子電池廣泛應用于新能源汽車，許多新能源汽車企業(yè)將鋰離子電池技術(shù)作為研究和應用重點。在新能源汽車發(fā)展及產(chǎn)業(yè)升級過程中，鋰離子電池仍能滿足發(fā)展需求，并且隨著技術(shù)日趨成熟，成本不斷降低，使純電力驅(qū)動汽車在新能源汽車領(lǐng)域競爭力較高。例如大眾集團預計在2025年向市場投放超過30種純電力汽車，逐步擴大在新能源汽車領(lǐng)域的影響力。三、新能源汽車電池技術(shù)分析（一）基礎(chǔ)技術(shù)分析新能源汽車電池基礎(chǔ)技術(shù)涵蓋電學、運輸、物理。電學：包括基本電氣元件、發(fā)電、變電以及配電，其中基本電氣元件技術(shù)是基礎(chǔ)技術(shù)的重要組成部分，不同類型電池技術(shù)都需要其支持。電學中的電池續(xù)航能力研究也是重點，即在有限容量內(nèi)產(chǎn)生更多行駛動力。此外電池安裝架、懸掛裝置、減震器、搬運輸送裝置以及保持裝置也是新能源汽車企業(yè)重點研究的技術(shù)，這些技術(shù)可提高電池運行的穩(wěn)定性。我國在十二五規(guī)劃期間逐步擴大新能源汽車領(lǐng)域基礎(chǔ)技術(shù)探索范圍，增加基礎(chǔ)技術(shù)種類以提高整體水平。運輸：基礎(chǔ)技術(shù)主要為一般車輛相關(guān)技術(shù)，在電池技術(shù)發(fā)展中起到輔助作用。物理：包括測量、測試、控制以及調(diào)節(jié)等基礎(chǔ)技術(shù)，在電池技術(shù)發(fā)展中起到輔助作用。（二）核心技術(shù)分析新能源汽車電池核心技術(shù)主要包括電池、電機和電控。電池：是新能源汽車的動力來源，我國新能源汽車使用的電池分為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，現(xiàn)階段三元鋰電池應用范圍較廣，續(xù)航能力從原有的300公里提升至500公里。電池材料研究進展鋰離子電池正極材料高能量密度材料：如磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料等，能量密度不斷提高以滿足新能源汽車電池性能需求。材料結(jié)構(gòu)設(shè)計：通過納米化、層狀化等手段，改善材料的電子和離子傳輸性能，提高電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。安全性提升：開發(fā)新型鋰離子電池材料如富鋰材料、硅碳負極材料等，降低電池的熱穩(wěn)定性和安全性風險。鋰硫電池材料硫正極材料：提高硫的利用率，降低多硫化物的溶解和穿梭效應，如采用碳包覆、復合改性等方法。電解液和隔膜技術(shù)：開發(fā)低粘度、高電導率的電解液和具有良好阻隔性能的隔膜，提升電池的安全性和循環(huán)壽命。固態(tài)電池材料固態(tài)電解質(zhì)：研究新型固態(tài)電解質(zhì)材料如氧化物、聚合物等，提高電池的離子電導率和安全性。固態(tài)正負極材料：開發(fā)具有高能量密度和良好循環(huán)性能的固態(tài)正負極材料如鋰金屬氧化物、鋰硫化合物等。電池集成技術(shù)：探索固態(tài)電池的集成技術(shù)，包括電池殼體、電極連接等，降低電池制造成本。鋰空氣電池材料氧化還原催化劑：研究高效、穩(wěn)定的氧化還原催化劑，提高氧氣的還原和利用效率。電極材料：開發(fā)高比容量的正極材料如過渡金屬氧化物、碳材料等，以及高性能的負極材料。電解液和隔膜：研究適用于鋰空氣電池的電解液和隔膜，以防止電池的副反應和漏液問題。鋰金屬電池材料鋰負極材料：開發(fā)高穩(wěn)定性和低阻抗的鋰金屬負極材料如多孔碳材料、硅碳復合材料等。電池結(jié)構(gòu)設(shè)計：通過改進電池結(jié)構(gòu)設(shè)計如使用鋰金屬負極集流體，提高電池的循環(huán)壽命和安全性。電解液和添加劑：研究新型電解液和添加劑，降低電池內(nèi)阻，提高電池的倍率性能。電池回收與資源化利用研究進展回收技術(shù)：開發(fā)高效、環(huán)保的電池回收技術(shù)如物理法、化學法等，提高電池材料的回收率。資源化利用：研究電池材料的再加工和利用技術(shù)如金屬的提煉、非金屬的回收等，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。政策與標準：制定和完善電池回收和資源化利用的政策和標準，推動電池產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。電池性能優(yōu)化策略電池能量密度提升策略材料創(chuàng)新：采用高能量密度材料如鋰硫電池、鋰空氣電池等，提高電池的能量存儲能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化：通過微孔結(jié)構(gòu)設(shè)計、納米復合技術(shù)等，提高電極材料的導電性和離子傳輸速率。電解液改進：研發(fā)新型電解液，降低電解液粘度，提高離子導電性，減少電池內(nèi)阻。電池循環(huán)壽命延長策略電極材料穩(wěn)定性提升：通過摻雜、包覆等技術(shù)，提高電極材料的化學穩(wěn)定性和機械強度，減少循環(huán)過程中的容量衰減。溫度控制技術(shù)：采用熱管理系統(tǒng)，優(yōu)化電池工作溫度，減少熱失控風險，延長電池使用壽命。電池安全性能提升策略結(jié)構(gòu)設(shè)計改進：采用多層復合隔膜，提高電池的熱穩(wěn)定性和抗穿刺性能。安全監(jiān)控與保護系統(tǒng)：集成電池管理系統(tǒng)(BMS)，實時監(jiān)控電池狀態(tài)，及時進行故障診斷和處理。電池快充技術(shù)發(fā)展高倍率材料研究：開發(fā)高倍率電極材料，提高電池的快速充放電能力。電解液優(yōu)化：通過降低電解液粘度和改進離子傳輸性能，實現(xiàn)快速充電。電池管理系統(tǒng)優(yōu)化：優(yōu)化電池管理系統(tǒng)，提高電池在快充過程中的穩(wěn)定性和安全性。電池儲能系統(tǒng)集成技術(shù)系統(tǒng)集成優(yōu)化：通過模塊化設(shè)計，提高電池儲能系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。能量管理技術(shù)：研發(fā)智能能量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)電池與電網(wǎng)、負載的協(xié)同工作。接口與通信技術(shù)：采用先進的接口和通信技術(shù)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸效率。系統(tǒng)集成與控制技術(shù)：BMS作為電池技術(shù)的核心，負責電池的充放電控制、狀態(tài)監(jiān)測、安全保護等功能。隨著新能源汽車的快速發(fā)展，BMS的集成與優(yōu)化成為關(guān)鍵技術(shù)之一，例如采用自適應控制算法，根據(jù)電池狀態(tài)動態(tài)調(diào)整充放電策略。四、新能源汽車電池面臨的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)目前市場上最常見的新能源汽車電池是鋰離子電池，主要有三元鋰電池和磷酸