(1)二次电池
如图所示,按照能量来源的方式,可以将电池分为以下三个大类:
①化学电池。 化学电池是将化学能通过化学反应转化为电能②物理电池。 物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量进行发电,在一定条件下实现电能直接转换,如我们常见的太阳能电池、超级电容器热电池等。
③生物电池。 生物电池是将生物质能直接转化为电能,如酶解电池、微生物电池等。
针对汽车行业的应用,我们主要关注化学电池。按照化学电池的工作性质,又可以将化学电池分为以下几类。
①一次电池。 一次电池也称原电池,经过一次放电后不能用简单的充电方法使活性物质复原从而继续使用的电池,即不能够再充电的电池,如生活中常用的锌锰干电池。
②二次电池。 二次电池也称为蓄电池,一次放电后可继续采用充电的方式使活性物质复原,即可充电的电池,我们生活中使用的消费类电池以及汽车用电池都是这种类型。
③燃料电池。 燃料电池指正负极本身不含活性物质,活性材料连续不断从外部加入的电池,如燃料电池汽车所用的氢燃料电池。
对于电动汽车的动力电池,主要关注二次电池和燃料电池。由于燃料电池技术还未成熟,还未实现大规模量产,成本较高。目前电动汽车的动力电池主要使用的是以锂离子电池为主的二次电池。
(2)锂离子电池
为何电动汽车会使用锂离子电池？
次电池主要包含铅酸电池(Lead-Acid),镍镉电池(Ni-Cd),镍氢电池(Ni-MH),锂离子电池(Li-ion)以及锂金属电池( Li Metal)。
从体积能量密度(能量与体积的比值)和质量能量密度(能量与重量的比值)两方面进行比较,如图所示,
纵轴为体积能量密度,单位为W·h/L,数值越大说明同样的能量体积越小,占有空间越小;横轴为质量能量密度,单位为W·hkg,数值越大说明同样的能量,质量越轻。
可以从图中看到,锂离子电池无论在体积能量密度还是质量能量密度都具有很大的优势,且相比于锂金属电池更加安全,因此电动汽车的动力电池采用的是锂离子电池。
下表进一步比较了用不同类型的电池的区别。
(3)锂离子电池的分类:
锂离子电池按照正极材料的不同,可以分为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂三元材料等类型。
磷酸铁锂(简称LFP)安全性好,循环寿命长,原材料资源丰富,但其缺点也很明显,其能量密度很低,低温性能差,目前磷酸铁锂主要应用在电动大巴上。
锰酸锂资源丰富、成本低、生产工艺很成熟,但其高温循环性能以及电化学稳定性差,大大限制了其产业化。
钴酸锂是最早实现商业化的锂电池正极材料,但其缺点是比容量太低、安全性差、成本高。
三元材料主要有镍钴铝酸锂(简称NCA)和镍钴锰酸锂(简称NCM)两种。三元材料综合了钴酸锂和锰酸锂等材料的优点,其容量大、成本低、安全性好。需要指出的是,三元材料中钻金属是必不可少的材料,但是金属钴一方面价格高昂,一方面存在毒性,近年来电池厂商都致力于三元材料电池的“少钴化”。
从成本、安全、性能等因素综合考虑,目前市场上三元锂电池和磷酸铁锂电池是使用占比最高的动力电池。
