新能源汽车动力电池应用现状与发展趋势

孙志国

东莞理工学校 广东省东莞市 523808

1 引言

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料或常规的车用燃料、新型车载动力装置等作为动力来源，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车。可燃冰、页岩气、电能、核能、风能等形式的新能源不断被开发和应用，作为新能源汽车中应用最深入的当属电能，电动汽车已经成为了新能源汽车发展的主要方向。

2 新能源汽车动力电池的应用现状

从新能源汽车的发展历史来看，日本是全世界最先进行新能源汽车研发、推广的国家，日本主要是以混合动力汽车为主进行市场开拓的，以特斯拉集团为首的美国新能源汽车厂商在借鉴日本经验的基础上，率先推出了以锂电池为主的纯电动汽车，欧洲范围内随着柴油汽车污染状况进一步恶化，各国逐渐将目光集中到新能源汽车上来。

我国新能源汽车的发展始于本世纪初，2008年是我国新能源汽车的“发展元年”，在各种政策的扶持之下，市场活力和增长潜力得到进一步释放。近年来，全世界范围内范围内各大汽车生产厂商纷纷推出新型动力系统汽车，在国内，以比亚迪为代表的国产汽车公司先后推出了“秦、唐”等油电混合的新能源汽车，同时一些互联网公司如百度也正在尝试向新能源汽车领域进军，开始打造自己的品牌。新能源汽车的发展基础是动力电池，其发展又离不开新能源汽车的引导。新能源汽车能走多远，最终取决于动力电池能走多远。因此，动力电池必须与新能源汽车的发展相适应。

目前国内生产供应动力电池的企业有上百家，但总体来看自动化程度低，生产效率低、产品质量低、运营信息互联互通程度低是动力电池生产企业的“三大”缺陷，严重制约了动力电池的整体发展，更制约了我国新能源汽车产业的发展。

3 新能源汽车动力电池的类型

笔者通过市场调研和资料整理，归纳出目前的汽车动力电池主要有以下几种：

3.1 铅酸电池

铅酸蓄电池已有100多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源，同时铅酸蓄电池也是成熟的电动汽车蓄电池之一。铅酸电池量高、体积大，但能量低，另外电池本身寿命短，需要经常更换电池。因此不少人认为其技术落后、污染严重，相比于其它类型的动力电池没有竞争优势[1]。实际上，铅酸电池具有可靠性高、原材料易得、价格便宜、可以回收利用等特点。目前铅酸蓄电池主要应用在电动自行车、三轮车等领域，市场占有率超过90%。

3.2 镍氢电池

镍氢蓄电池是碱性电池的一种，具有使用寿命长、记忆效应低、大功率放电、比能量大特性，但价格较高。国外仍在生产汽车镍氢蓄电池的公司主要是OVONIE和丰田。OVONIE公司有80A·h和130A·h两种镍氢单元电池，比能量达每千克75-80Wh，循环使用寿命超过600次。国内的技术水平相比国外较低一些，主要有55A·h和100A·h两种，比能量达每千克65Wh。镍氢电池主要应用于电动工具领域，由于锂离子电池的发展，汽车镍氢电池基本已经被市场淘汰。

3.3 锂离子电池

锂离子电池由于其高电压、高能量密度、独特的物理化学特性，在社会生活和国防军事方面得到了越来越广泛的运用。根据电解液的不同来分，主要有液体电解质锂电池和聚合物电解质锂电池两种，一般应用的聚合物电池；根据聚合物的不同来分，主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元锂等。锂离子电池的主要优点有：重量轻、比能量大、无污染、无记忆效应、使用寿命长等。在同体积重量情况下，锂电池的蓄电能力是镍氢电池的1.6倍，从理论角度看，目前的技术水平只开发了锂电池总电量的25%，具有广阔的开发前景。同时作为一种真正意义上的无污染电池，顺应了节能环保的大趋势，具有广泛的市场前景[2]。我国从二十世纪九十年代开始开发和利用锂离子电池，至今已取得突破性进展，研制出了自主知识产权的锂离子电池。

3.4 燃料电池

燃料电池其实并不是贮存电能的设备，准确地说它是一个完善的小型发电系统。燃料电池采用的燃料是氢、甲烷、甲醇、乙醇等，通过电池内部的化学反应将化学能转换为电能。不管是什么种类的燃料电池，其核心在于燃料中的氢、氧化剂中的氧两种元素，众所周知，氢氧反应产生水。因此与锂电池一样，燃料电池是一种零污染、零排放的理性动力源，被业界公认为未来汽车的最佳能源。早在上个世纪末，美国、日本等发达国家就对燃料电池给予了极大程度的重视，现在已经有了示范运行的燃料电池汽车。我国的燃料电池研究起步晚、技术落后，配套实施匮乏。如果说国外的燃料电池是“青年”阶段，那我国燃料电池则处于“婴儿学步”阶段。但是，近几年燃料电池在我国已经逐渐得到了重视，相关的优惠性政策也陆续出台，差距将会逐渐缩小。

4 新能源汽车动力电池发展策略分析

我国作为新能源汽车动力电池的生产与消费大国，在全球的电池市场上占有一席之地。动力电池的发展不仅是我国新能源汽车市场发展的基础与前提，也是新能源领域产业变革的先导手段。下文从四个方面分析新能源汽车动力电池的发展路径：

4.1 电池制造方式——智能化

大数据与人工智能技术飞速发展，必将颠覆各行各业的生产，包括动力电池在内的新能源汽车零部件制造走向智能化是技术所趋。整合动力电池的研发、测试、生产与销售使用的全过程信息，利用大数据技术进行挖掘分析，从中找出相关性关系，以此产生更大的价值。智能化是制造业转型升级的必然路径，通过配备可部分自主决策的机器取代人力，工厂的生产效率和规模将会进一步跃升，同时降低了人力成本和工作失误率，提高了企业的利润空间[3]。以无人化、可视化和信息化为主要特征的智能化制造是动力电池制造不可缺少的变革方向。另外，对于电池系统开发、测试、制造、售后过程的数据监测和控制将有效保证动力电池的可靠性和稳定性。

4.2 成本降低方式——规模化

如何降低动力电池的制造成本，是困扰业界的主要难题之一。电池制造成本的主要路径有两种：一是通过电池技术革新推动电池体系优化，提升电池的使用寿命，以此降低成本；二是改变电池生产体系，利用规模化生产方式，形成规模经济，降低单位产品生产成本；三是实施资源回收战略。以特斯拉为例，因规模化生产18650圆柱电池（电池型号：直径18mm，长度65mm），其成本大约降低了40%左右。资源回收利用是居于生产环节的厂家降低生产成本，提升利润空间的重要方式。目前，动力电池回收体系尚不完善，以锂电池回收为例，锂电池回收成本高、产业链不完善、重复开发技术缺乏，是制约锂电池回收体系发展的主要障碍，在这方面锂电池回收可以借鉴铅酸电池的相关经验。

4.3 商业发展方式——合作化

技术的发展需要成熟的生产链与资金链支撑，生产链与资金链意味着商业模式的变革与创新。“多方合作”是未来任何产业发展的必然要求。动力电池的生产经营可以考虑引入分散和整体的合作理念，支持小微企业的发展，让不同的生产厂家承担不同的电池生产职能，最终对零部件进行组装测试[4]。拆分生产链，以此提高生产效率，降低企业风险。同时，多企业参与生产，可以调动各企业的积极性，发挥企业自主创新能力。合作化是动力电池企业发展无法避免的趋势，企业必须树立合作意识，变革生产与经营策略，更好地应对新能源汽车发展大势下的机遇与挑战。

5 结语

综上所述，目前新能源动力电池仍处于上升阶段，技术有待完善创新，市场远未饱和。从技术角度看，动力电池未来的发展种类主要有镍氢电池、锂离子电池、燃料电池以及锂空气电池。从电池市场来看，目前锂离子电池独领风骚，燃料电池后来居上，铅酸电池老骥伏枥，镍氢电池死而不僵。

安全性能、能量密度与环境保护是动力电池发展的核心理念，可以预见，新能源汽车因为采用基于这三种核心理念的动力系统，必将在未来的汽车市场中脱颖而出，成为未来汽车的主要发展方向之一。笔者认为，理想的动力电池应该具有以下特征：①充电时间短；②体积小、质量轻、比能量大；③续航里程长；④性能稳定，使用寿命长，可以回收利用；⑤价格便宜，方便易得；⑥节能环保。随着技术的几何级数革新与发展，相信理想电池前景可待，未来可期。