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当前电动汽车电池技术与未来的差异

2025年05月17日 19:56:32      来源:广州智维电子科技有限公司 >> 进入该公司展台      阅读量:20

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汽车行业正在历经一场革命,可以说仅次于T型车大规模量产(汽车工业的真正革命是从福特T型车和流水装配线作业开始)。几乎所有汽车制造商都在宣布并推出电动汽车。虽然距离实现路上大多数车辆都是电动汽车还有很长一段时间,但电动汽车电池技术正经历巨大的飞跃。

超过一半的潜在购车者表示,里程焦虑是购买电动汽车的一个障碍。无论是由于电池容量限制还是充电所需时长,制造和集成更好的电池在未来十年来说至关重要。
以下是目前电动车电池技术的现状,及未来十年可能出现的情况。
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一、锂电子电池
绝大多数电动汽车都使用锂离子电池。目前市场上的电动汽车就是使用这种电池,据称在未来几年的车型也会使用。与旧技术相比,锂离子电池普遍能量密度高、重量轻、并且充电安全。它们有较低的放电率,在整个放电过程中提供一致的能量。
然而,锂离子电池并非十全十美。相比铅酸电池,如果考虑远距离续航,锂离子电池的重量不到铅酸电池的一半。同时锂离子电池充电速度也相对较快,但尽管如此,充电仍然比为传统汽油机车辆加油要花费更长的时间。
锂离子技术的担忧可能是它的材料。无论是见的镍锰钴电池(NMC),镍钴铝电池(NCA),锂锰电池(LMO)还是磷酸铁锂(LFP)电池,它们都使用了稀土金属,这些稀有且有争议的材料是资源。
对于现在的锂离子电池来说,不同类型电池各有优缺点。
  • 镍锰钴(NMC)电池的性能、能量和成本比较适中,但其热稳定性低于其他类型。
  • 镍钴铝(NCA)电池往往更昂贵,在特定能量和功率方面表现优异,但不稳定。
  • 锂锰(LMO)电池是目前市场上成本优势的电池,在容量方面居于平均水平,但性能和寿命。
  • 磷酸铁锂(LFP)电池因其热稳定性、安全性、成本和使用寿命而占据主导地位,但其特定能量和功率低于平均水平。
二、镍氢电池
镍氢(NiMH)技术是混合动力汽车的解决方案。自上世纪90年代以来,丰田等汽车制造商就在混合动力汽车中使用了镍氢电池,而最近双极镍氢电池的发展将继续推进该项技术的使用。镍氢电池的成本大约是相同体积锂离子电池的一半。
和锂离子电池一样,镍氢电池使用钴和镧等稀土材料,以及高含量的镍,所以镍氢电池的环境问题也同样引人担忧。
镍氢电池应用于对充放电性能要求不高的情形下,这是混合动力汽车使用镍氢电池的一大原因。此外,它们有更高的自放电水平,如果过度充电,可能会丢失容量,但可以通过调节充电水平和速率来消除。慢充镍氢电池,这也是续航里程较长的纯电动汽车不采用这项技术的原因之一。
三、固态电池
电动汽车希望的发展可能是固态电池。它们很像锂离子电池,但不使用液体电解质从一个电极到另一个电极传递能量,而是通过能量密度更高的固体材料。由于固态电池可以大大减少电池的体积和重量,并使其更加稳定,因此汽车制造商正投入数亿美金用于发展。
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由于固态电池的能量密度更高,因此它们的充电时间只相当于锂离子电池用液体电解质充电时间的一小部分。另一个巨大的好处是寿命更长,锂离子电池在1,000次充放电循环后性能明显下降,而固态电池在5000次充放电循环后仍能保持90%的容量。
距离固态电池上市还有一段距离,尤其是在降低生产成本方面有很长的路要走,未来几年有望实现。
四、硅阳极电池
石墨在电动汽车电池中广泛应用,但其储能容量有限。研发人员正在研究用介孔硅纳米颗粒和碳纳米管取代电池负极上的石墨。硅的容量约为石墨的10倍,将其作为电池的关键材料可以大大提高续航里程和充电次数。
硅阳极电池的好处之一是减少对石墨的依赖,取而代之的是精炼大麦壳灰(含高硅石),这是朝着降低对稀土矿产开采的依赖迈出的一步。
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五、无钴电动车电池
在电动汽车锂离子电池中,钴是争议的材料,在刚果(钴储量的国家)矿产开采见的是钴矿,电池制造严重依赖钴。未来的锂离子电池设计可能会去除正极中的钴。因为钴稀有且昂贵,不使用将有助于降低电池价格,提高电动汽车的。
研发人员一直在使用89%的镍以及现成的铝和锰作为正极,而不是钴。据报道,它的能量密度比一般的锂离子电池高,而且一次充电可以行驶更长的距离。
六、碳纳米管电池
石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。法国NAWA公司的电池研发人员已经能够用石墨烯制造碳纳米管,用作电动汽车电池的电极。石墨烯管垂直排列在电极上,导电性,在未来几年内可用于超高速碳电池。
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碳纳米管电池的好处是巨大的,除了10倍的高容量之外,它们的充电速度也非常快。NAWA声称电池可以在短短5分钟内充电80%。由于石墨烯可以低成本大量生产,这将大幅降低电池成本。

总结


如今的锂离

子电池一次充电可以行驶数百公里,电池可以使用数年。未来的技术将使电池拥有更快的充电速度,更高的容量,更小的体积和重量。
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