探讨新能源汽车电池类型现状及发展趋势

应祺煜

摘 要：随着全球气候变化和环境问题日益严重，新能源汽车已成为未来可持续交通发展的重要方向。电池作为新能源汽车的核心组成部分，其性能、安全性、成本及寿命等方面会直接影响到新能源汽车的市场接受度和整体发展。结合针对当前新能源汽车电池类型现状的探析，汽车行业仍需加大研发与创新力度，从而进一步助推新能源汽车可持续发展，并创造更大的生态效益与经济效益。

关键词：新能源汽车 电池类型 现状 发展趋势

1 引言

当前，新能源汽车电池市场呈现出多种类型并存的局面。锂离子电池因其高能量密度、长寿命和快速充电等优点成为主流选择，固态电池、镍氢电池、超级电容器等也存在各自的适用领域。然而，这些电池在技术成熟度、成本和市场接受度等方面仍面临诸多挑战，需随技术变革和市场需求的变化持续进行创新与突破，以实现能源更高效的利用。

2 新能源汽车电池类型介绍

2.1 铅酸电池

铅酸电池是最早应用于新能源汽车的电池类型，具有成本低、稳定性好等优点，同时也存在能量密度低、充电次数少等缺点。铅酸电池主要由正极、负极和电解液构成，还包括连接线、外壳、端子、电池盖、电池槽等结构（如图1所示）。其中，正极活性物质主要成分为二氧化铅（PbO2），呈棕红色；负极活性物质主要成份为绒状（海绵状）纯铅，呈深灰色[1]，电池内部还需要隔板等构造将正、负极板互相绝缘，以防止正负极接触短路，保证各个部分能够正常工作的同时又能相错工作。

当前在新能源汽车上，铅酸电池主要用于为低压电器供电和作为轻型车的动力电池。2021年，铅酸蓄电池在上述功能的合计市场占比超过70%，中国铅酸蓄电池企业全球市场份额为42.0%，为全球最主要的消费市场之一，且增速高于全球。2020年，在国内电动轻型车铅蓄动力电池的市场，天能股份行业市场占有率排名第一，市场占有率已超过40%，行业前六家企业的市场份额合计77.5%。此外，2022年中国铅酸蓄电池出口数量为2.16亿个，同比增长9.09%，出口金额为39.03亿美元，同比增长9.08%。

随着行业增速放缓、竞争压力加大，以及愈发严苛的环保政策，铅酸行业会受到更大的冲击并进入行业整合期。

2.2 镍镉电池和镍氢电池

镍镉电池在能量密度和充电次数上优于铅酸电池，但含有重金属，对环境有一定影响，在新能源汽车中的应用情况较少。

相比之下，镍氢电池具有更好的性能，且更加环保。镍氢电池是混合动力汽车所用电池体系中唯一被实际验证并被商业化、规模化的电池体系，现有混合动力电池99%的市场份额为镍氢动力电池[2]。全球主要的汽车动力电池厂商如日本的PEVE和Sanyo，占据全球Hybrid动力车用镍氢电池85%的市场份额。在我国，长安杰勋、奇瑞A5、一汽奔腾、通用君悦等品牌轿车已经在示范运行，均采用的镍氢电池。

2.3 锂电池

锂电池是目前应用最广泛的新能源汽车电池类型，具有高能量密度、长寿命、环保等优点，但成本较高。按照正极材料的不同划分，包括三元锂电池、磷酸铁锂电池；按电解液状态不同划分，包括液态锂离子电池、聚合物锂离子电池、半固态锂离子电池、全固态锂离子电池；按照电池的形状划分，包括方形锂电池、圆柱形电池、软包锂电池。新能源汽车常见的电池中不仅会包含锂电池，还会包括电池管理单元、电芯监控单元、电池包上盖、热管理系统等结构单元（如图2所示），这些结构单元虽然拉低了整个电池包的能量密度，但提升了电池包的安全性。

目前，三元锂电池和磷酸铁锂电池是新能源汽车中最常用的锂电池类型。三元锂电池的单体能量密度在200-300Wh/kg之间，包体能量密度在160-200Wh/kg，具有较高的能量密度和适中的成本，因此被广泛应用于纯电动汽车和混合动力汽车中。而磷酸铁锂电池的单体能量密度在150-160Wh/kg，虽然能量密度较三元锂电池低，但其安全性较高，寿命较长，成本较低，因此也被广泛应用于纯电动汽车和混合动力汽车中。

三元锂电池是一种以镍钴锰酸锂为主要成分的锂电池，具有高能量密度、长寿命、环保等优点，但成本较高。

三元锂电池在新能源汽车中主要用于乘用车型。在早期的市场中，三元锂电池的能量密度高、低温性能好、寿命长，因此具有较高的市场占有率。在2016年之前，中国的新能源汽车市场中，三元锂电池的市场份额超过50%。然而，随着新能源汽车市场的快速发展和技术的不断进步，三元锂电池的应用情况和市场占有率也在发生变化。一方面，由于三元锂电池的原材料钴、镍等价格的上涨以及电池回收利用等问题，三元锂电池的成本逐渐上升，影响了其在市场中的竞争力。另一方面，随着磷酸铁锂电池技术的不断进步和成本的降低，磷酸铁锂电池在新能源汽车市场中的份额逐渐上升。

目前，中国的新能源汽车市场中，三元锂电池的市场份额已经下降到约30%左右。不过，随着技术的进步和政策的不断调整，三元锂电池的应用情况和市场占有率仍将发生变化。

随着技术的不断进步和新能源汽车市场的不断扩大，锂电池在新能源汽车领域的应用越来越广泛。据统计，2021年全球锂离子电池市场规模达到545GWh，中国占据了超一半的市場规模。

同时，中国动力电池产能约占全球的70%，世界前十的锂电池生产厂家中就有6家中国企业身影[3]。因此，可以看出锂电池在新能源汽车市场中占据相当大的份额，并随着新能源汽车市场的不断扩大和技术的不断进步，锂电池的市场占有率还将继续上升。

2.4 燃料电池

燃料电池是一种通过氢气和氧气反应产生电能的电池类型，具有高能量密度、环保、充电时间短等优点，但其技术成熟度不够且成本较高。目前最为成熟的燃料电池之一是质子交换膜燃料电池（PEMFC），在质子交换膜燃料电池中，氢气在阳极上发生氧化反应，生成质子和电子。同时，氧气在阴极上发生还原反应，接收电子和质子，并和电子形成水（如图3所示）。质子交换膜燃料电池具有高能量密度、低温启动、无污染等优点。

相比其他电池，燃料电池汽车具有高效率和低污染的特点，并且燃料电池汽车加氢时间短，这些优势使得燃料电池汽车在新能源汽车领域具有较大的市场潜力，当前在新能源汽车领域的应用也已经取得了一定的进展。全球主要汽车制造商均在积极研发燃料电池汽车，并建设加氢站等配套设施。中国、日本和韩国是全球燃料电池汽车市场的主要推动者，其中日本是全球最早发展燃料电池汽车的国家之一，而中国和韩国也在近年来加快了燃料电池汽车的研发和推广[4]。据统计，2021年全球燃料电池汽车销量超过1.6万辆，同比增长9.0%。其中，中国市场销量超过3000辆，同比增长28.7%。

当前燃料电池汽车的主要市场在公共交通和商业运输领域，如公交车、出租车和货车等。

2.5 石墨烯电池

石墨烯电池是一种利用石墨烯材料制作的新型电池，具有高能量密度、充电速度快、长寿命等优点，但其制备难度较高且成本较高。后者导致石墨烯电池在集多类型优点的情况下仍然市场占有率不高，其技术成熟度和产业化方面仍需进一步发展[5]。

在中国石墨烯应用领域中，新能源电池占比最大，达71.4%。然而，目前锂电池仍是新能源汽车中最常用的电池类型，随着技术的不断进步和成本的降低，未来石墨烯电池的市场占有率有望逐步提升。

3 新能源汽车电池的发展趋势

3.1 高能量密度

电池的能量密度是指电池的能量与其体积或重量之比。提高电池的能量密度有助于增加电池释放的能量，从而提升新能源汽车的续航里程，，减少充电次数和时间，提高使用便利性，这是新能源汽车技术的一个重要发展方向。

然而，提高电池的能量密度并非易事，其中仍有诸多技术难题亟待解决。例如，高能量密度电池由于能量大，对包括过热、过充等安全隐患更加敏感。因此，在追求高能量密度的同时，还要密切关注电池的安全性能和稳定性。除了电池能量密度的因素，新能源汽车的续航里程还受到其他因素的影响，如：车辆设计、车身重量、驾驶习惯、道路状况等。因此，仅仅依靠提高电池能量密度并不能完全解决新能源汽车续航里程的问题，还需同时考虑其他因素，确保新能源汽车的安全性和稳定性。

3.2 轻量化

电池的重量对于新能源汽车的性能和续航里程具有重要影响。在新能源汽车中，电池通常占据了相当一部分的车辆重量。因此，轻量化电池技术的发展对于提高新能源汽车的性能和续航里程具有重要意义。

轻量化电池能减少车辆的整体重量，从而降低能源消耗，提高续航里程。此外，轻量化电池还能提高车辆的加速性能和制动性能，提升驾驶体验[6]。目前，一些新型的轻量化电池技术正在不断发展，如：锂硫电池、固态电池等。这些新型电池技术具有更高的能量密度和更轻的重量，可以进一步改善新能源汽车的性能和续航里程。

然而，轻量化电池技术的发展也面临着一些挑战。例如，轻量化电池的强度和稳定性会受到影响，为确保电池的安全性能和使用寿命，必须在降低电池重量的同时不影响电池的强度。此外，轻量化电池的制造成本也需进一步降低，以使其更具市场竞争力，保证轻量化电池在行业未来发展中得到更广泛的应用。

3.3 快充技术

快充技术的发展是电池技术发展中的另一个重要趋势。对于消费者来说，补能时间也是影响新能源车使用的重要因素，新能源汽车的充电时间越短，使用越便利。快充技术可以提升消费者的使用体验。目前，如高电压快充、超级快充等快充技术已经得到了广泛应用，在更短的时间内为新能源汽车补充大部分能量，大大缩短了充电时间。但快充技术的发展依旧面临著诸多挑战，如高电压和大电流会产生大量的热量，进而导致能量损失，这部分散热问题和能效问题都是影响快充向更快发展的绊脚石；另一方面，快充对电池的寿命和热安全的影响也需进一步研究和改进。

工程师们为解决这些问题提出了新型的快充技术，如：无线充电、激光充电等，这些新技术能提高充电效率和安全性，进一步缩短充电时间。

3.5 智能化管理

通过智能化管理，车辆能更有效地管理和控制电池的充放电过程，提高电池的利用率和安全性，延长电池的使用寿命。

智能化电池管理系统包括对电池的电量、温度、电流、电压等参数进行实时监测和调控，确保电池在最佳状态下工作[7]，也包括预测电池的性能和寿命，提前维护、更换，避免电池过充、过放或过热等问题，提高电池的安全性。

智能化电池管理系统的发展需要依赖先进的传感器、通信和控制技术。通过集成这些技术，工程师可实现对电池的远程监控和管理，提高电池的管理效率和使用便利性。

3.6 可持续性

随着环保意识的提高，未来电池的发展将更加注重环保和可持续性，使用可再生能源和回收利用废旧电池等环保措施将成为电池发展的重要方向之一。

使用可再生能源能为电池生产可在电池生产的全生命周期中提供更加环保的能源选择，减少对化石燃料的依赖，降低碳排放。例如利用太阳能、风能等可再生能源用于生产电池所需的电解液、电极等材料，从而实现更加环保的生产过程。

回收利用废旧电池也是未来电池发展的重要趋势之一。通过有效的回收利用废旧电池，电池厂商可减少电池生产过程中对原材料的需求，降低开采和生产过程中的环境破坏和资源浪费。此外，回收利用废旧电池还能为新能源汽车的可持续发展提供支持，有助于降低环境污染，对各类资源高效利用，推动新能源汽车产业的可持续发展。

4 结语

在新能源汽车领域，电池技术的进步是推动整个行业发展的关键因素。虽然锂离子电池是当前行业的主流选择，但电池仍存在诸多难点，如能量密度、电池寿命、安全性、成本等多个方面的影响。新型电池技术的研发和商业化应用也将为新能源汽车产业的发展注入新的活力。未来，随着电池技术的不断创新和突破，以及政府政策、市场需求等多方面因素的推动，新能源汽车电池市场将呈现出更加多元化、智能化的趋势，结合我国汽车产业的不断创新与突破，推动我国汽车科技社会的稳定发展。

参考文献：

[1]侯俊.新能源汽车动力电池的维护与保养[J].汽车与新动力，2022，5（06）：94-96.

[2]曾思慧.基于循环经济视角的新能源汽车动力电池回收利用分析[J].中国资源综合利用，2022，40（12）：94-96.

[3]黄达.我国新能源汽车动力电池回收现状及对策[J].综合运输，2022，44（12）：20-22.

[4]李绍圆.浅析新能源汽车动力电池统一标准化运营[J].中国标准化，2021，（24）：138-140.

[5]张清郁.新能源汽车动力电池安全问题分析及解决对策[J].科技创新与生产力，2021，（12）：73-74+77.

[6]苏晓楠.基于专利分析的新能源汽车电池发展研究[J].南方农机，2020，51（24）：166-167.

[7]王震坡，袁昌贵，李晓宇.新能源汽车动力电池安全管理技术挑战与发展趋势分析[J].汽车工程，2020，42（12）：1606-1620.