在環(huán)保及政策多重影響下，新能源汽車，特別是電動(dòng)汽車銷量節(jié)節(jié)攀升，增速飛快。

但在快速發(fā)展的背后，關(guān)于電動(dòng)車的評(píng)論始終伴隨著褒貶不一的聲音，例如節(jié)能但購(gòu)置成本太高，環(huán)保但續(xù)航不行等，其實(shí)這些矛盾體的決定因素是電動(dòng)車的核心部件“三電”——動(dòng)力電池，電機(jī)、電控。

而在“三電”中，動(dòng)力電池又扮演著最重要的角色，正所謂“巧婦難為無(wú)米之炊”，即使電控、電機(jī)技術(shù)再先進(jìn)，作為動(dòng)力源頭的電池性能不行，整車性能必將大打折扣。本文將簡(jiǎn)單探討下電池主要基礎(chǔ)參數(shù)。

一、電池簡(jiǎn)史

電池的最早發(fā)展可追溯到1800年，意大利科學(xué)家伏打（Volta）研制成功了伏打電池，這個(gè)是世界上第一個(gè)能夠?qū)嶋H應(yīng)用的電池。1859年法國(guó)科學(xué)家普蘭特（Plante）發(fā)明了鉛酸蓄電池，這是世界上第一個(gè)可充電的電池。

其后科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，推動(dòng)著各種電池的產(chǎn)生，20世紀(jì)50年代堿性鋅-錳干電池問(wèn)世，60年代燃料電池研制成功，70年代各種鋰電池開發(fā)成功，80年代氫-鎳電池問(wèn)世以及90年代出現(xiàn)鋰離子電池，電池技術(shù)迎來(lái)“井噴”式發(fā)展。

而本文探討的電動(dòng)車所采用的鋰離子電池（下文簡(jiǎn)稱鋰電池）也正是源于這段發(fā)展期。鋰電池的發(fā)展也經(jīng)歷過(guò)一段“坎坷”摸索時(shí)期，大致發(fā)展分一下三個(gè)階段：


第1階段，因負(fù)極材料是鋰金屬及其合金，且不可充電，因此該階段鋰電池，更確切的表達(dá)是鋰金屬一次電池；

第2階段，負(fù)極材料仍是鋰金屬及其合金，但正極材料由MoS2等嵌入化合物代替過(guò)渡氧化物，實(shí)現(xiàn)了鋰離子在電池正負(fù)極往復(fù)遷移運(yùn)動(dòng)，即可重復(fù)充放電，因此該階段鋰電池實(shí)質(zhì)是鋰金屬二次電池；

第3階段，負(fù)極材料是石墨、焦炭等導(dǎo)電電極，正極材料是含鋰化合物，例如嵌鋰過(guò)渡金屬氧化物、嵌鋰金屬硫化物、含鋰鹽類化合物。該階段鋰電池，本質(zhì)上是現(xiàn)在我們所稱作的鋰離子電池。

二、鋰電池結(jié)構(gòu)

鋰電池主要結(jié)構(gòu)分為，正極、負(fù)極、電解液、隔膜及外殼。

（1）正極

特點(diǎn)：穩(wěn)定電化學(xué)能、不易分解結(jié)構(gòu)、越高越好的比容量。

分類（商用）：磷酸鐵鋰（LFP）、鈷酸鋰（LCO）、錳酸鋰（LMO）

三元材料：鎳錳鈷酸鋰（NCM）、鎳錳鋁酸鋰（NCA）

正極材料占鋰電池成本30~40%，直接影響電池性能，甚至現(xiàn)在市場(chǎng)上鋰電池分類就是按照正極材料分的，可見(jiàn)正極材料對(duì)鋰電池的重要性。

（2）負(fù)極

特點(diǎn)：高比容量、較好充放電可逆性、較鋰電極電勢(shì)更低。

分類（商用）：目前以碳材料石墨類為主（比容量有限）

未來(lái)硅-碳復(fù)合材料是趨勢(shì)（比容量大，是普通石墨材料2~3倍）

（3）電解液

特點(diǎn)：高離子電導(dǎo)率、寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口、不與電極發(fā)生反應(yīng)、安全、無(wú)毒、無(wú)污染。

組成：溶劑（30%）：碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等

溶質(zhì)（50%）：鋰鹽（LiPF6、LiBF4等）添加劑（10%）、其他（10%）。


三、鋰電池參數(shù)

（一）電池容量C：在一定條件下，電池放出的電荷量，單位：mAh或Ah。


根據(jù)使用條件電池容量可分為：

理論容量：假設(shè)活性物質(zhì)完全被利用，電池可釋放的電量。

額定容量：實(shí)驗(yàn)室條件下，滿充電池可釋放的電量。

實(shí)際容量：實(shí)際使用環(huán)境（但符合電池規(guī)定使用條件），滿充電池可釋放的電量，小于額定容量。

（二）電池能量：衡量電池存儲(chǔ)能量多少指標(biāo)，單位：Wh。

計(jì)算公式：能量＝額定電壓×工作電流×工作時(shí)間= UIt=額定電壓×電池容量；

例如小米手機(jī)電池，電池能量7.3Wh= 3.7V×1960mAh/1000


電池能量是衡量電池帶動(dòng)設(shè)備做功的重要指標(biāo)。如果將電池容量理解為蓄水池可蓄水體積，那么電池能量可形象理解為蓄水池從一定高度發(fā)出可做的功。

相同電壓下，電池容量越大，電池能量也越大，例如生活中給手機(jī)換更大容量的電池，目的就是增加電池能量，在工作電壓不變情況下，手機(jī)的續(xù)航能得到提升。那么這種操作是否在電動(dòng)車也奏效呢？

答案是不一定，因?yàn)殡妱?dòng)車的續(xù)航跟手機(jī)的續(xù)航所消耗電能用來(lái)做功方式不一樣，電池重量會(huì)隨著電池容量增加而增加，車輛自重也會(huì)增加，因此存在兩個(gè)變量，這時(shí)候就涉及到電池另外一個(gè)重要性能參數(shù)——能量密度。

（三）能量密度：指單位體積或單位質(zhì)量所釋放的能量，表示為體積能量密度（Wh/L）或質(zhì)量能量密度（Wh/kg），是電動(dòng)車?yán)m(xù)航能力的直接影響因素。

能量密度主要分為單體能量密度及系統(tǒng)能量密度。單體能量密度是最小單元能量密度，例如一節(jié)鋰電池重325g，額定電壓為3.7V，容量為10Ah，則其能量密度為113Wh/kg。系統(tǒng)能量密度是指整車的電池組或者電池板的能量密度。

電池組或者電池板主要由若干個(gè)單節(jié)電池、電池組框架、護(hù)板及其他電子元器件等封裝而成，因此系統(tǒng)能量密度受單體能量密度及封裝技術(shù)影響，且小于單一能量密度。下圖是中國(guó)未來(lái)鋰電池性能規(guī)劃。


能量密度也是新能源車輛補(bǔ)貼核心指標(biāo)要求之一，歷年新能源車輛補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)中系統(tǒng)能量密度門檻值如下。

從工信部每月發(fā)布的車型配置中可以發(fā)現(xiàn)，歷年系統(tǒng)能量密度門檻值能比較真實(shí)地反應(yīng)目前電池應(yīng)用市場(chǎng)情況——與國(guó)家規(guī)劃要求仍存在一定差距，電動(dòng)車發(fā)展任重道遠(yuǎn)。


（四）電壓

電池電壓分為三種：

1、開路電壓：電池在沒(méi)有連接外電路或者外負(fù)載時(shí)的電壓，開路電壓與電池的剩余能量成正比，是電動(dòng)車剩余電量顯示原理的主要依據(jù)。

2、工作電壓：電池在工作狀態(tài)下，電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差，又稱負(fù)載電壓。工作電壓＜開路電壓，因?yàn)殡姵胤烹姽ぷ鳡顟B(tài)下，必須克服內(nèi)阻。

3、放電截止電壓：電池充滿電后進(jìn)行放電，放完電時(shí)達(dá)到的電壓。若繼續(xù)放電則為過(guò)度放電，對(duì)電池的壽命和性能有損傷。


單一電池電壓值中，鋰電池最高，這也是鋰電池作為動(dòng)力電池主要原因之一。

（五）充放電倍率（C）

表示充放電電流大小，數(shù)值上等于額定容量的倍數(shù)。充放電倍率=充放電電流÷額定容量，用“C”表示。


（六）其他參數(shù)

1、循環(huán)壽命：經(jīng)歷一次充放電稱為一個(gè)周期或一次循環(huán)，電池在反復(fù)充放電后，容量會(huì)逐漸下降，在一定的放電條件下，電池容量降至80%時(shí)，電池所經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)就是循環(huán)壽命。

2、自放電：電池在儲(chǔ)存過(guò)程中，容量會(huì)逐漸下降，其減少的容量與電池容量的比例，稱為自放電率。用“%/月”表示。自放電率越低，貯存性能越好。

3、內(nèi)阻：指電池在工作時(shí)，電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力。

內(nèi)阻大，內(nèi)耗大，加速衰減，限制大倍率充放電；內(nèi)阻小，壽命和倍率都會(huì)更好。