2019年12月05日 | 电动汽车提升续航能力的技术瓶颈在哪

2019-12-05 来源：电池中国网

对于手机、笔记本等电子设备来说，能量存储是关键。储存的电量越多越好，操作时间越久越好。而对于一些更大方面的应用，如电动汽车中的电池，除了对电池的能量密度有要求之外，功率同样重要。材料必须能够快速提供电量以驱动汽车，并在电量耗尽时能够进行快速地充电。

目前电动车存在的问题是续航受限！燃油小汽车加满一箱油的续航里程在500公里左右，电动汽车汽车的续航里程取决于它的“油箱”——电池。看到这里可能就会有人问了，为什么不给汽车装一个超大的电池呢？这种想法有没有道理呢？答案是有一定道理，但不全对。并不是电池越大，续航里程就越高！

增加电动汽车的续航里程分两种方法：一种是通过增加电池组的数量来提升整体容量，这就是前面提到的“大电池”。这种方法的缺点是汽车整体的重量也会增加，增加的电池减少了汽车内部空间，增加了汽车成本，同时也增大了电量消耗。因此需要折中考虑电池的重量和续航里程的关系，寻找最优解。以我们身边的燃油小汽车为例，加满一箱油大约可以行使500－600 km，如果增大油箱，储存的油量提升了，但是油耗也会相应增加，考虑到加油站的分布距离，设计为一箱油行使500－600km 是比较合适的。增加电动汽车续航能力的另一种方法是提升电池的能量密度，开发更轻的，容量更高的电池。

怎么让“充电五分钟，续航五百里”的电动汽车成为可能？

2020年动力电池能量密度要达到 300 Wh／Kg，2025 年达到 400 Wh／Kg，2030 年能量密度达到 500 Wh／kg。目前量产动力电池单体能量密度在 230±20 Wh／Kg，根据《中国制造2025》的要求，结合现在的技术路线，我国的科技工作者提出了使用高镍正极＋准固态电解质＋硅碳负极实现 300 Wh／Kg的目标；2025 年使用富锂正极＋全固态电解质＋硅碳／锂金属负极电池实现 400 Wh／Kg的目标，2030年使用锂空气电池、锂硫电池达到500 Wh／Kg的目标。

有了这些数据，我们还要考虑到电池装配质量以及整车重量，才能对电动汽车的续航里程有大致的推断。以特斯拉Model S为例，电池组重量约为1吨，电池容量为约为100KWh，整车质量约为2．5吨，可达到600 km的续航里程。根据最近的报道，特斯拉研制的第三代超级充电系统，充电速率超过1000英里／每小时（约合1609公里／小时），5分钟内补充最高75英里电量（约合120公里），充电15分钟就可以行使近270公里。

“充电五分钟，续航五百里”，在目前来说尚不能达到。如果这一设想实现，无疑将撼动燃油汽车的统治地位。那么，“充电五分钟，续航五百里”真的是可望而不可即吗？

想实现这一目标，对电池的充放电速度有了一个很高的要求。正负极储锂材料的脱锂嵌锂速度和在快速充放电过程中的结构稳定性是主要原因。高速充电往往会使电池发热、结构遭到破坏，并降低电池的寿命。这又对电池的稳定性、安全性提出了要求。虽然近年来氢燃料电池概念汽车多有报道，但是氢燃料电池汽车需要解决制氢、储氢、燃料电池发动机、车体结构、安全性等等一系列的复杂问题，难以进行商业化使用。

总的来说未来的很长一段时间，电动汽车电池仍将会以锂离子电池为主。想要把“充电五分钟，续航五百里”变为现实需要满足以下几个条件：（1）材料的能量密度高，即储存的电能多。（3）在锂离子插入和脱出时，材料与锂的反应要非常迅速。（3）该材料是良好的电子导体。这将会减少电池的内部损耗，进一步提升电池的性能。（4）材料稳定。充放电过程中材料不改变结构或以其他方式分解，材料体积不会发生膨胀和形变。（5）材料成本低。这决定了电池和电动汽车的价格。（6）材料环保。对环境无污染或污染极小、可控。

如果想要实现“充电五分钟，续航五百里”的目标，还需要对电池的工艺技术和储能机理进行更加深入的研究和挖掘。相信在不久的将来，“充电五分钟，续航五百里”的电动汽车将成为可能！

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