CTM蓄电池动力电池的研究现状及发展趋势

动力电池是新动力轿车的核心部件，其功能直接影响着新动力轿车的续航路程、安全性和经济性。本文综述了动力电池的研讨现状，要点介绍了锂离子电池、燃料电池、金属－空气电池和全固态电池的研讨进展。并对动力电池的开展趋势进行了展望，指出高能量密度、高安全性、长循环寿数和低本钱是未来动力电池研讨的要点方向。同时，电池办理系统、收回使用技能以及产学研合作也是动力电池未来开展不可或缺的一部分。随着动力电池技能的不断老练，新动力轿车必将迎来宽广的开展前景。

关键词：动力电池；研讨现状；开展趋势

引言：随着全球动力危机和环境污染问题的日益严重，开展新动力轿车已成为世界各国的一致。作为新动力轿车的"心脏"，动力电池的功能直接关系到新动力轿车的开展前景。近年来，各国政府和企业都在加大对动力电池的研发投入，力求在电池能量密度、安全性、循环寿数和本钱等方面取得突破。

一、动力电池的研讨现状

1.锂离子电池是现在使用最广泛的动力电池，能量密度高，循环寿数长

锂离子电池凭仗其高能量密度和长循环寿数等优异功能，已成为现在使用最广泛的动力电池。锂离子电池正极资料首要包含三元资料、磷酸铁锂等，负极资料则以石墨为主。近年来，各种新式正负极资料不断涌现，如富锂锰基正极资料、硅碳负极资料等，进一步进步了锂离子电池的能量密度[1]。与此同时，电解液配方优化、隔阂功能改善等措施也有用延伸了锂离子电池的循环寿数。现在，锂离子电池能量密度已到达 250-300 Wh/kg，循环寿数可超过 2000 次，但仍面对着本钱较高、安全性有待进步等应战。

2.燃料电池以氢气为燃料，零排放，但本钱较高，推广使用受限

燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置，以氢气为燃料，产品仅为水，完成了真实的零排放。与锂离子电池相比，燃料电池具有能量密度高、加注燃料快等长处。现在，燃料电池首要包含质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）两种类型，其间 PEMFC 更适用于车用动力电池。可是，燃料电池本钱昂扬，首要原因在于贵重的铂基催化剂和杂乱的辅助系统。此外，氢气的制取、储运和加注也面对许多应战，导致燃料电池在推广使用方面遭到限制。

3.金属－空气电池理论能量密度高，但循环寿数短，实用化仍需时日

金属－空气电池是一种新式的高能量密度电池系统，理论能量密度可到达 500-1000 Wh/kg，远高于锂离子电池。其间，锂-空气电池和锌－空气电池遭到广泛重视。金属－空气电池以金属为负极，以空气中的氧气为正极活性物质，放电产品可经过充电或者替换金属负极来再生。然而，金属－空气电池现在存在循环寿数短、充放电效率低等问题。以锂-空气电池为例，其放电产品 Li2O2 在充电过程中难以完全分化，导致容量快速衰减。因而，金属－空气电池的实用化仍需攻克许多关键技能难题。

4.全固态电池有望处理安全性问题，但离商业化使用还有一定间隔

全固态电池是指电解质和电极资料均为固态的新式电池，有望从根本上处理电池的安全性问题。固态电解质不只能够阻止锂枝晶的生长，防止电池内部短路，还能够按捺电解液的燃烧和走漏。此外，固态电解质的电化学窗口宽，可匹配高电压正极资料，有助于进一步进步电池能量密度[2]。现在，全固态电池首要包含氧化物电解质和硫化物电解质两大类。可是，全固态电池仍面对着界面接触不良、离子电导率低等问题，离商业化使用还有一定间隔。未来，全固态电池的研讨要点是开发高离子电导率、高电化学稳定性的固态电解质资料，优化电极/电解质界面，进步能量密度和循环稳定性。

二、动力电池的开展趋势

1.进步能量密度

高能量密度意味着电池能够在相同体积或质量下储存更多的电能，然后添加新动力轿车的续航路程。锂离子电池能量密度的进步首要依赖于新式高比能正极资料和高容量负极资料的开发。在正极资料方面，富锂锰基资料、高镍三元资料以及富锂资料等备受重视，其比容量可达 250-300 mAh/g，远高于传统三元资料。负极资料方面，硅碳复合资料、锡基资料等新式高容量负极资料展现出优异的开展潜力，但仍需进一步优化资料结构和界面功能。此外，新式电池系统如锂硫电池、锂空气电池等也有望完成能量密度的突破，但间隔商业化使用尚需时日。总之，开发新式电极资料是突破能量密度瓶颈的关键，也是未来动力电池研讨的重要方向。

2.进步安全功能

随着新动力轿车的广泛普及，动力电池安全功能的进步显得尤为火急。电池安全事故不只威胁车辆和人身安全，也影响顾客对新动力轿车的承受度。因而，动力电池开展有必要以安全为前提，全面进步电池的本质安全性。未来，电池安全功能的进步首要依赖于资料、电池结构规划和办理系统等方面的立异[3]。在资料方面，研讨开发高稳定性正极资料、阻燃电解液、耐高温隔阂等，可有用按捺电池的热失控。电池结构规划方面，采用防爆阀、断路器等安全部件，优化极耳和端板规划，可进步电池抗外力损坏才能。电池办理系统则经过实时监测电池状况，及时确诊和预警安全隐患，并采纳自动防护措施。未来，电池安全功能的进步还需探索多学科穿插交融的系统处理方案，如热－力－电耦合建模、智能安全办理算法等，最终完成动力电池的本质安全。

3.延伸循环寿数

动力电池需要在车辆全生命周期内保持稳定的功能，这对电池的循环寿数提出了很高要求。影响电池循环寿数的要素多种多样，如极片体积改变引起的结构损坏，电解液分化导致的界面副反应，过充过放形成的活性物质溶解等。因而，延伸电池循环寿数需要从资料、电池规划和使用工况等多方面入手。在资料方面，优化正负极资料的化学组成、晶体结构和微观形貌，开发高稳定性电解液和功能隔阂，可有用改善电池的结构完整性和界面稳定性。电池规划方面，合理匹配正负极比容量，优化极片厚度和孔隙率，改善电芯封装工艺等，可显著进步电池循环稳定性。在使用工况方面，避免电池过充过放，优化热办理系统，匹配合理的充放电倍率，可推迟电池容量衰减。未来，大数据和人工智能技能在电池健康确诊和寿数预测方面也将发挥重要作用。

4.下降出产本钱

现在，动力电池本钱仍然较高，限制了新动力轿车的大规模推广使用。未来，动力电池本钱有望经过规模化出产、自动化制作、资料国产化以及收回使用等多种途径来完成下降。规模化出产能够摊薄固定本钱，完成规模经济效益。自动化制作有助于进步出产效率，下降人力本钱，进步产品一致性。资料国产化能够削减对进口资料的依赖，下降原资料收购本钱。树立完善的电池收回使用系统，不只能够下降原资料本钱，还有利于完成资源的循环使用和可持续开展。此外，电池规划优化和资料改性等技能立异也是下降电池本钱的重要手法。例如，削减电池组件数量，简化电池包规划，可有用下降系统本钱。开发高性价比正负极资料，优化电解液配方等，也能够在确保电池功能的同时下降资料本钱。

结束语：

动力电池技能的进步是新动力轿车完成大规模推广使用的柱石。未来动力电池的研讨要点是进一步进步能量密度、安全性和循环寿数，下降出产本钱。同时，加强电池办理系统研讨，完善电池收回使用系统，树立产学研协同立异机制，也是促进动力电池产业健康开展的重要行动。相信随着动力电池技能的不断老练和产业链的日趋完善，新动力轿车必将迎来宽广的开展前景，为全球动力转型和绿色开展贡献力量。