電動汽車的心臟—電池

為何說電池是電動汽車的心臟?這要先從電動汽車的歷史說起。一說起電動新能源車，很容易將其歸納為一個全新的技術以及事物。其實，電動汽車的歷史遠比想象的早，甚至早于燃油汽車。美國人托馬斯·達文波特于1834年制造出第一輛直流電機驅動的電動汽車;1838年蘇格蘭人羅伯特·戴維森發明了電驅動的火車;時至今日依然使用的有軌電車是1840年在英國出現的專利。世界上第一輛電動汽車于1881年誕生，發明人為法國工程師古斯塔夫·特魯夫，這是一輛用鉛酸電池為動力的三輪車。之后就出現了以鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等燃料動力電池作為電力。

可以看到，雖然電動汽車早于燃油車發展，并在早期取得了一定的規模，但在近代，由于燃油汽車的大力發展，使電動汽車在競爭中受挫。但真正的問題是，過去以鉛酸電池為主的電動汽車，受制于鉛酸電池的密度、壽命、功率等多方面限制，一直沒有辦法在動力源，也就是電池方面取得突破，以至于使電動汽車發展陷入停滯。

鋰離子電池的分類及優缺點

這一問題直到鋰離子電池的出現且經20年大力發展才得以逐步改善解決。

鋰離子電池通常分兩大類：

鋰金屬電池：鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。

鋰離子電池：鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。

雖然鋰金屬電池的能量密度高，理論上能達到3860瓦/公斤。但是由于其性質不夠穩定而且不能充電，所以無法作為反復使用的動力鋰電池。而鋰離子電池由于具有反復充電的能力，被作為重要的動力鋰電池發展。但因為其配合不同的元素，組成的正極材料在各方面性能差異很大，導致業內對正極材料路線的紛爭加大。

通常我們說得最多的動力鋰電池重要有磷酸鐵鋰離子電池、錳酸鋰離子電池、鈷酸鋰離子電池以及三元鋰離子電池(三元鎳鈷錳).

以上各類電池都有優缺點，大致歸納為：

磷酸鐵鋰：

優點：壽命長、充放電倍率大、安全性好、高溫性好、元素無害、成本低。

缺點：能量密度低、振實密度低(體積密度).

三元鋰：

優點：能量密度高、振實密度高。

缺點：安全性差、耐高溫性差、壽命差、大功率放電差、元素有毒(三元鋰離子電池大功率充放電后溫度急劇升高，高溫后釋放氧氣極容易燃燒).

錳酸鋰：

優點：振實密度高、成本低。

缺點：耐高溫性差，錳酸鋰長時間使用后溫度急劇升高，電池壽命衰減嚴重(比如日產電動汽車LEAF).

鈷酸鋰：

通常用于3C產品，安全性極差，不適合做動力鋰電池。

理論上，我們要的電池應該是能量密度高、體積密度高、安全性好、耐高溫低溫、循環壽命長、無毒無害、可大功率充放電，聚所有優點為一體而且低成本。但目前并不存在這樣的電池，那么在不同種類電池的優缺點中就要取舍。而且，不同的電動汽車對電池的需求點也是不同的，因此只有立足于長遠地對電動汽車作出判斷，才能有利于我們正確地判斷電池路線的選擇。

磷酸鐵鋰離子電池的優越性

這里就要回溯前兩篇的論述，我們分析了未來的電動汽車應該以小里程、快充電的電動汽車為主。而目前家用車要長續航的雙模混合動力，以及公交市場的大續航純電汽車。那么這樣的車要什么樣的電池?

一、安全

首先安全是汽車必備的前提。汽車不同于手機和電腦，汽車在高速行駛中有可能遇到眾多不可預知因素，比如車禍造成的電池擠壓和撞擊。而任何一個不利的因素，都有可能造車車毀人亡。我們可以看到一些老年代步車使用劣質的鉛酸電池，完全沒有安全保障，電池自燃、受撞擊燃燒的案例比比皆是。再比如特斯拉近一年的持續著火事件，雖然得利于特斯拉的安全設計并沒有出現人員傷亡。但同時也要看到，這幾次事件都是非常輕微的碰撞事故，碰撞本身對車和人并無傷害，而電池卻著火了，那么假如是更嚴重的事故呢?

二、高倍率放電壽命

普通汽車使用壽命長達數十年，一輛電動汽車的電池，10年至少要3000次的循環壽命。電池作為比較貴的部件，壽命能否與車等同是非常重要的，既要保證車輛的性能又要保證車主的利益，這樣才能利于市場的推動。目前世界各車企的電動汽車，只有去年上市的比亞迪秦做到了電芯終生質保。

電池的壽命也就是循環壽命，并非簡單的電池參數給出的數字。電池的循環壽命和電池的循環狀態是息息相關的，比如放電倍率、充電倍率、溫度等。通常電池實驗室數據得出的循環壽命，是以0.3C恒定的充放電倍率，在20度恒定最佳溫度下得到的。但是在實際用車過程中，倍率和溫度都是非恒定的。這也就是為何通常無論是筆記本、手機，還是電瓶車的電池，實際使用中的壽命都遠遠不如廠商給出的數據的原因。而中小里程純電以及長續航雙模混合動力車，因為所帶的電池比較少，對其放電的要求就會更高，對壽命的影響就會更大。

比如A123的磷酸鐵鋰離子電池，通常循環壽命可以到3000次以上。但是，A123的磷酸鐵鋰航模電池，以10C的充電倍率、5C的放電倍率使用，實驗室中的壽命縮短到只有600次，而真正實際使用中只有400次左右，可見放電倍率對壽命的影響。

再以比亞迪秦為例，只有13KWH的電池驅動峰值功率110KW的電機。可以計算出，當秦滿電時其最大放電倍率高達8.4C。尤其是當秦只有50%電量時，其最大放電倍率可以達到18C。假如電量再低放電倍率將超過25C，這會極大地縮短電池的壽命。

再看p85度電的特斯拉，最大功率310KW的電機，看起來很龐大，其實電池放電倍率不過4C。在只有30%的電量時，最大放電倍率也不過10C。而且特斯拉的大容量電池，在極大程度上防止電池處于大功率的放電之中。

通過簡單的比較，就可以看出比亞迪電池的高倍率放電壽命的優越性。

三、溫度適應性

極寒對電池的影響，重要表現在充放電倍率低和電容量減少;極熱對電池的影響，重要表現為壽命減低、高溫安全性以及充放電能力下降。

極寒關于電池的影響相對較輕，因為一般鋰離子電池都可以在零下20度以下使用，而且在電池的放電過程中本身就會出現熱量，但能耗的新增以及電量的減少不可防止。