特斯拉與松下——鈷酸鋰電池

作為純電動(dòng)車領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，誕生自美國(guó)硅谷的特斯拉汽車憑借犀利的外形、3.2秒的百公里加速時(shí)間、以及超過(guò)400公里的續(xù)航能力，讓大家對(duì)于電動(dòng)車的看法有了顛覆性的改觀，并且迅速成為挑戰(zhàn)傳統(tǒng)燃油車的一大代表車型。除了強(qiáng)悍的電動(dòng)機(jī)以及出色的電源管理技術(shù)之外，特斯拉能夠一炮而紅的原因與其采用的鈷酸鋰電池不無(wú)關(guān)系。

早期的特斯拉MODEL S車型使用的是日本松下18650鈷酸鋰電池，其單個(gè)大小略大于我們常見(jiàn)的5號(hào)干電池，但就是這樣看似其貌不揚(yáng)的電池，經(jīng)過(guò)幾千顆的相互并聯(lián)，組成的電池組同樣能夠釋放出了驚人的能量。

這種電池我們并不陌生，像筆記本電腦等電子數(shù)碼設(shè)備使用的都是這種類型的電池，相比于其它電池類型，以松下18650電池為代表的鈷酸鋰電池的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)頗為成熟，比能量高，此外，這類電池放電電流大，充電速度高，非常適合特斯拉這樣以高性能為取向的電動(dòng)車。

為了盡可能提高電池的能量密度，特斯拉將這些單顆3100mAh容量的18650鋰電池，整齊排列組合形成一個(gè)個(gè)小的“電池盒”單元，再將這些單元進(jìn)一步拼接構(gòu)成一整塊的動(dòng)力電池組。最終總計(jì)8142顆18650電池組合成的電池組擁有超過(guò)85kWh的總?cè)萘?，從而保證了特斯拉MODEL S超過(guò)400公里的續(xù)航能力。

斯拉這種高密度的電池組合方式雖然帶來(lái)了可觀的電池總?cè)萘?，但是鈷酸鋰電池?zé)岱€(wěn)定性差，再加上將集成電池板平鋪于車輛的底盤(pán)位置，這樣就對(duì)電池的散熱與安全性提出了更高的要求，為此特斯拉不得不設(shè)計(jì)出了復(fù)雜的電池保護(hù)程序以及獨(dú)特的液冷散熱系統(tǒng)來(lái)保證這套電池組的正常運(yùn)作。

這一方面不僅加大了車身質(zhì)量，對(duì)車輛的續(xù)航里程有一定的影響，當(dāng)然最明顯的則是無(wú)形中推升了車輛的制造成本，因此特斯拉賣出這樣的售價(jià)也是有原因的。

比亞迪與磷酸鐵鋰電池

說(shuō)到磷酸鐵鋰電池，我們一定不得不說(shuō)目前國(guó)內(nèi)最具規(guī)模的新能源車企比亞迪。這家以做手機(jī)鋰電池起家，現(xiàn)如今已經(jīng)成長(zhǎng)為涵蓋電池制造、傳統(tǒng)與新能源汽車生產(chǎn)制造的綜合大型企業(yè)。這其中，磷酸鐵鋰電池就是其最核心的產(chǎn)品，并且裝備于比亞迪旗下的絕大多數(shù)車型上。

磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子二次電池（用磷酸鐵鋰(LiFePO4)材料作電池正極），它的放電效率較高，價(jià)格也相比其他鋰電池更有優(yōu)勢(shì)。早年間，搭載比亞迪“鐵電池”的E6電動(dòng)車成功為比亞迪打開(kāi)了國(guó)內(nèi)電動(dòng)車市場(chǎng)，其投入深圳出租車市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的比亞迪E6電動(dòng)車也是大獲成功。

作為全球最先實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)化的車企之一，比亞迪所采用的這類磷酸鐵鋰電池相比早期的錳酸鋰電池，雖然在能量密度上并未有太大差別，但其熱穩(wěn)定性是目前動(dòng)力鋰電池中最好的。

當(dāng)電池溫度處于500-600℃高溫時(shí)，其內(nèi)部化學(xué)成分才開(kāi)始分解，并且穿刺、短路、高溫都不會(huì)燃燒或爆炸，而相比上面所說(shuō)的松下鈷酸鋰電池（180-250℃時(shí)就內(nèi)部化學(xué)成分就已處于不穩(wěn)定狀態(tài)），顯然，磷酸鐵鋰電池的安全性要更高一籌。

除了安全性更高之外，磷酸鐵鋰電池的使用壽命也有一定的優(yōu)勢(shì)。從深圳出租市場(chǎng)投入運(yùn)營(yíng)的比亞迪E6使用效果上看，這些自2010年開(kāi)始運(yùn)營(yíng)的850臺(tái)E6電動(dòng)出租車?yán)塾?jì)總行駛里程已經(jīng)突破3億公里，其中單車最高行駛里程超67萬(wàn)公里，至今這些車輛仍然運(yùn)行良好，這也說(shuō)明了磷酸鐵鋰電池的可靠性。這樣成績(jī)也讓比亞迪E6成為我國(guó)電動(dòng)出租車市場(chǎng)保有量最大的車型。

不過(guò)除了熱穩(wěn)定性這一突出的優(yōu)勢(shì)之外，磷酸鐵鋰電池的能量密度較三元鋰電池以及鈷酸鋰電池仍有不小的差距，同樣的電池容量，磷酸鐵鋰電池的重量更重、體積也更大，這也導(dǎo)致采用該電池類型的車輛續(xù)航里程表現(xiàn)一般。

當(dāng)然，磷酸鐵鋰電池最大的痛點(diǎn)在于低溫下的充電問(wèn)題，當(dāng)溫度低于-5℃時(shí)，充電效率較低，不適合北方新能源汽車車主在冬天的充電需求，這也成為比亞迪目前最新的混動(dòng)車型唐100、秦100暫時(shí)改用三元鋰電池的重要原因。

目前使用最為廣泛的三元鋰電池

三元鋰電池顧名思義是指電池是指正極材料中，除了鋰外，還有鎳鈷錳，或者鎳鈷鋁三種金屬。相比磷酸鐵鋰和鈷酸鋰電池，三元鋰電池的綜合表現(xiàn)更為平均，能量密度不低，體積比能量也較高，而且價(jià)格也相對(duì)合理些因而被越來(lái)越多的新能源汽車廠家所采用。

三元鋰電池作為近兩年涌現(xiàn)出的一種新產(chǎn)品其特點(diǎn)在于其優(yōu)點(diǎn)在于它具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、利于整車輕量化等優(yōu)點(diǎn)對(duì)于提升車輛續(xù)航里程有很大幫助。此外更重要的原因則是隨著產(chǎn)能的提升，三元鋰電池的價(jià)格也進(jìn)一步降低，正因?yàn)檫@些原因?qū)е聡?guó)內(nèi)車企乘用車紛紛轉(zhuǎn)向使用三元鋰電池。

要說(shuō)三元鋰電池的缺點(diǎn)的話，那就是三元材料的脫氧溫度是200℃，放熱能量超過(guò)800J/g，并且無(wú)法通過(guò)針剌實(shí)驗(yàn)。這就表明 了三元電池在內(nèi)部短路、電池外殼損壞的情況下，很容易引發(fā)燃燒、爆炸等安全事故。

正是出于安全性的原因?qū)е聡?guó)家曾暫停過(guò)在商用車型上配備三元鋰電池。不過(guò)后來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步，尤其是在應(yīng)用了陶瓷隔膜之后三元鋰電池的安全問(wèn)題已得到改善和解決。就目前市場(chǎng)情況來(lái)看，由于三元鋰電池綜合優(yōu)勢(shì)還是比較明顯的，汽車廠商對(duì)于三元鋰電池的關(guān)注度也在持續(xù)增加。

新型電池技術(shù)前瞻—— 物理電池

物理電池是依靠物理變化來(lái)提供、儲(chǔ)存電能的電池統(tǒng)稱，如“瞬間充滿電的超級(jí)電容”、“比功率達(dá)5000-10000W/kg的飛輪電池”等都屬于物理電池家族的成員。

超級(jí)電容

超級(jí)電容是一種介于傳統(tǒng)電容與電池之間的電源元件，功率密度高達(dá)300-500W/kg，是普通電池的5-10倍。它主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲(chǔ)存電能，其間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此被歸為物理電池的范疇。

相比化學(xué)電池，超級(jí)電容有三大明顯優(yōu)勢(shì)：

1、反復(fù)充、放電次數(shù)達(dá)十萬(wàn)次（傳統(tǒng)化學(xué)電池只有幾百至幾千次），壽命上要比化學(xué)電池高出很多；

2、超級(jí)電容在充、放電時(shí)的功率密度極高，瞬間可放出大量電能，可滿足車輛更加寬泛的電力需求；

3、工作環(huán)境適應(yīng)能力更佳，通常室外溫度在-40℃～65℃時(shí)，其都能穩(wěn)定正常工作（傳統(tǒng)電池一般為-20℃～60℃）。

飛輪電池

飛輪電池是上世紀(jì)90年代提出的一種新概念電池，它是利用類似飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生能量的原理實(shí)現(xiàn)充、放電。

大名鼎鼎的“ 保時(shí)捷911 GT3混合動(dòng)力賽車”以及被評(píng)為當(dāng)今四大神車之一的“ 保時(shí)捷918 Spyder”均在兩前輪處安裝有飛輪電池，飛輪技術(shù)將制動(dòng)所收集的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并將能量貯存于一個(gè)飛輪之中。在加速過(guò)程中，該能量將轉(zhuǎn)移至前輪，在提高加速的同時(shí)減少內(nèi)燃機(jī)的燃油消耗。

由于技術(shù)和材料價(jià)格的限制，飛輪電池的價(jià)格相對(duì)較高，在小型場(chǎng)合還無(wú)法體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。但在太空、大規(guī)模交通運(yùn)輸以及軍事方面需要大型儲(chǔ)能裝置的場(chǎng)合，飛輪電池已得到逐步應(yīng)用。

隨著新能源汽車的發(fā)展，電池作為重要部件之一，能量密度在不斷提高。

電池革命的關(guān)鍵在于材料，三元材料將成為主流的正極材料體系，石墨與軟碳、硬碳等具備不同特性的負(fù)極材料混合應(yīng)用也將成為負(fù)極材料的主流體系。

另外，石墨烯在我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入中期試驗(yàn)階段，量產(chǎn)后會(huì)大幅度提高電池的能量密度水平及壽命。