锂离子电池在新能源汽车中的应用与发展探讨

顾磊

摘 要：在当今汽车产业发展技术的革新和能源紧张已经成为世界车企共同面对的问题，各个国家在替代传统燃料汽车的新能源汽车的开发都取得一定的成绩，在应用范围最广的就是锂离子电池。随着我国新能源汽车政策的发展支持，汽车新能源得到了前所未有的发展前景，而随之而来的新能源汽车行业的上游材料也在这种政策利好形势下迎来了发展的最好机遇，世界知名的电池生产企业纷纷在中国设厂。持续增长的新能源汽车市场带动了电池产业发展，但是同时存在无论是纯电动的动力电池，还是以氢材料等燃料电池都存在续航里程和成本控制的挑战。在此形势下，锂离子电池的需求以每年15.7%的速度增长。中国科学院深圳先进技术研究所材料研究中心团队在传统的双碳结构的双离子电池基础上研制出一体化电极锂离子电池，在此基础上得到了研发制造。锂离子电池具有高工作电压、低成本、环保且便于回收等优势很快得到新能源汽车生产厂家的青睐并被应用到车辆中。

关键词：新能源汽车 锂离子电池 研发制造 车辆应用

1 锂离子电池的技术应用现状

与新能源汽车中其他新能源相比较，锂离子电池经过近10年的研发和投入使用，在其性能和质量等方面有一定的优势。技术研发人员通过对锂离子电池应用技术的完善，推动了新能源汽车的发展。我国在研发锂离子电池过程中也遇到了一些困难，汽车新能源使用的锂离子电池的关键技术上的材料目前还需要从国外进口，专业也就使锂离子电池在研发和制造工艺和制造水平上受到一些限制，我国科学技术研发人员在锂离子电池的研发中仍然需要投入大量的时间和精力去完善锂离子电子的应用技术。在电池材料中仍处于技术顶端的是正极材料，目前电池正极材料还存在低温性能差，压实密度低，电荷反映不一致，制造材料成本高等影响锂离子电池量产的缺陷，如何突破技术，找到更好嵌锂容量和良好锂脱嵌可逆性的正极材料是科研有人员急需解决的困局，解决了这些技术堡垒也就会促使在锂离子电池的制造生产环节中保证锂离子电池的高电荷电压、储能大容量、充放电长循环周期和量产成本下降等问题。国家部委领导苗圩部长在汽车新技术科创大会上讲到，新能源汽车的发展还是受到产品端的影响，我国科学技术人员要攻坚克难，特别是以动力电池为代表的新型电池产品是突破汽车新能源发展的瓶颈，科研人员要更好的解决新能源汽车产品的性能、安全可靠性、续航里程，能量回收和环境保护等难题，更好的促进新能源汽车得到成熟稳定的发展。

2 锂离子电池的技术工作原理

锂离子电池是使带电离子在两个电极间定向移动的装置，电荷定向移动产生电流供应电器工作。锂离子电池主要以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。锂离子电池在充电和放电的工作过程中，锂离子会在正负极两端不停的进行锂嵌入和脱锂嵌的物化反应，被生动形象的称之为“摇椅电池”。锂离子电池进行充电过程中，电池的正极上就会有锂离子的生成，生成的锂离子经过电解液物理运动到电池的负极。而作为负极板端的活性碳物质呈多层状结构，表面又具有很多的微孔，锂离子到达这些微孔就非常容易集结锂嵌在微孔中，锂嵌的越多其充电的容量越高。锂离子电池在放电工作过程中，嵌在负极氧化碳层中的锂离子脱嵌，经电解液又运动回到电池的正极，回到正极的锂离子越多，放电的容量也就越高，在充放电的过程中一般会设置其额度电流大约为0.2C至1C之间，如电流越大，其充电速度也就越快，同时也会带来电池的温度升高，同样过大电流充电会导致容量不够生成满额，因为电池内部的物化反应需要时间，就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。

3 锂离子电池技术在新能源汽车中的应用

工信部装备司发布第330批新车申报公告，其中理想汽车申请4款新产品，3款车型采用宁德时代动力电池。理想ONE目前在售的两款车型均采用宁德时代的三元锂电池，容量为40.5kWh，纯电续航里程180公里。此外，理想ONE驱动电机最大输出功率240kW，最大扭矩530N·m，百公里加速时间为6.5s。特别是该车系的电池管理系统（BMS）将锂离子电池组的工作状态监测及管理集于一体，可以实现对电池的实时监控、自动平衡、智能充放电、电压预警等功能，在有效保障电池安全的同时，还可以对其电池余量监测，提高汽车的续航里程，从而确保了电池的工作过程安全可靠，并以最佳状态输出动力。

据媒体报道，特斯拉已与知名的LG电池化学公司签署协议，后者有望将为特斯拉中国上海工程生产的Model-Y供应该类电池芯。Model-Y是一款电动SUV，过去特斯拉一直在扩张上海超级工厂，为生产Model-Y做好准备，最近该公司获得在华生产的Model-Y的政府批准。LG电池化学公司已被特斯拉选为中国产Model-Y的独家电池供应商。目前在中国，特斯拉较便宜的Model3轎车使用宁德时代的磷酸铁锂电池，特斯拉还一直在为旗下的电动车型试验不同的电池化学成分，LG电池化学公司的双离子电池正适应于这类长续航的汽车版本。

4 推创新能源汽车锂离子电池应用途径的发展趋势

首先提升锂离子电池的创新技术，在研发的过程中将创新精神融汇到研发中，并对锂离子电池研发中发现的问题勇于修正和求证。并在研发过程中始终对先进技术的植入和使用。对自主知识技术的快速转换，时刻保持技术的前沿性。其次就是提高锂离子电池的质量标准和性能，虽然限制一些锂离子电池的性能优越于其他传统电池，在未来发展中锂离子电池要想成为新能源汽车的主要动力源，还是要提高其电能储存量，充电效率，便捷性等方面提升标准和对锂离子电池的性能完善。再者单纯的依靠企业低锂离子电池的研究还是具有一些难度和明细的局限性，我国政府和研究机构应对新能源汽车锂离子电池给予重视和出台相应的政策扶持和鼓励企业开展电池产业的研发工作。通过政府引导让新能源汽车企业看到新能源电池汽车的发展潜力并积极投入到锂离子电池的技术研发中，提升企业的创新生可持续发展。

5 综论

随着国家对汽车产业结构的不断调整和产业优化，新能源汽车在今后的发展中必然会成为替代燃料类的清洁能源的交通工具之一，最近几年，国家研发机构和新能源汽车生产企业也在不断的探索和研发动力电池，特别像宁德时代电池生产企业和比亚迪新能源车企等一些科技前沿的车企和科研院所，他们不断在整合锂离子电池的科技资源，构建锂离子电池的技术创新平台和先进的技术生产平台，针对锂离子电池的基础材料、能量密度、功率性能、续航寿命、电池测试预警检验等关键技术设计和创新。同时鼓励和主导科研部门和高等院校联盟共创技术产业研发创新，推动锂离子动力电池培育和孵化和可持续创新能力。形成集锂离子电池的关键材料产品研发和规模化锂离子动力电池产业龙头企业，提升锂离子电池整体技术水平，推动新能源汽车产业的快速发展。

参考文献：

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