动力电池
动力电池
在电动汽车领域，动力电池主要负责提供整车动力。随着动力电池技术的不断革新，动力电池的种类也日渐繁多。作为电动汽车的核心部件，动力电池性能的优劣将直接影响到整车的安全性、经济性和动力性。
1.3.1 动力电池的发展背景
动力电池本质上是一种可充电电池，其发展历史最早可追溯到19世纪。1859年，法国科学家Gaston Planté发明了世界上第一个可充电电池——铅酸蓄电池。该电池以硫酸为电解液、以铅为阳极、以二氧化铅为阴极，其化学反应可以通过施加反向的电流而反转，从而实现电池充电。1899年，瑞典科学家Waldemar Jungner发明了另一种可充电电池——镍镉电池。与铅酸蓄电池不同的是，镍镉电池由浸泡在氢氧化钾溶液中的镍和镉电极组成，是世界上第一个使用碱性电解液的电池。在发明镍镉电池的同年，Waldemar Jungner还发明了另一种可充电电池——镍铁电池。然而，当时的镍铁电池在充电的过程中会产生大量的氢气，难以密封且效率低下，Waldemar Jungner一直没有对此申请专利。1903年，美国的Thomas Edison将镍铁电池的设计注册专利并开始销售，希望将镍铁电池轻量化和商业化，从而替代当时的授权委托书格式
铅酸蓄电池成为早期汽车的能量源。然而，人们很快发现当时的镍铁电池寿命短且容易泄漏，性能不如铅酸蓄电池。尽管Thomas Edison在随后几年继续坚持对镍铁电池进行改进，但仍然难以扭转当时廉价可靠的汽油机汽车风靡世界的潮流。直到20世纪70年代，锂离子电池和镍氢电池相继问世，电池的研发生产周期开始大大缩短。在随后的数年，电池在材料、结构和工艺等方面不断地得到改进，电池的各方面性能也飞速地提高。截至目前，电池的技术较以前有了很大的进步，且逐渐应用于航空航天、国防军事、交通运输以及电子移动设备等领域。
励志名句在电动汽车领域，动力电池是车辆动力的能量来源。早期的电动汽车续驶里程短，整车质量大，动力性能也难以达到内燃机汽车的水平，总之是动力电池技术的制约。铅酸蓄电池是近代发展最为成熟的一种动力电池，其能量密度为30W·h/kg，循环寿命约为300次，性能稳定，可靠性好且价格低廉。然而，汽油的能量密度达到10000W·h/kg以上，约为铅酸蓄电池的300倍。这意味着装备铅酸蓄电池的电动汽车需要极大地牺牲空间并且增加整车质量才能换取相同的续驶表现。因此，铅酸蓄电池已经逐渐被其他类型的动力电池所替代。此外，铅酸蓄电池在生产加工和回收利用的过程中会产生大量的铅排放，造成不可逆转的环境破坏，严重违背了电动汽车发展的初衷。镍镉电池是另一种早期的动力电池。与
铅酸蓄电池相比，镍镉电池的能量密度和循环寿命分别提高到50W·h/kg和500次，并且具有更高的电流密度。但镉金属的毒性巨大，所造成的环境污染更为严重，因此难以应用于电动汽车领域。另外，镍镉电池还具有较强的记忆效应，在不完全充放电的情况下会出现容量的暂时性减少，导致续驶能力下降，难以满足电动汽车的使用要求。镍氢电池是一种污染较少的动力电池，其能量密度达到60～80W·h/kg，综合表现均优于上述两种电池，并且具有良好的低温特性。因此，在20世纪90年代，镍氢电池被批量应用于丰田、本田、福特、雪佛兰等大型汽车品牌旗下的混合动力车型。然而，镍氢电池并未完全消除记忆效应，同时还存在充电发热严重、大电流充电性能较差等一系列新的问题。与之相比，锂离子电池无记忆效应，具有更高的能量密度和功率密度，可使车辆电池组的重量下降40%～50%，体积减小20%～30%，并且在循环寿命、自放电率以及环境友好等方面的表现均优于上述三种电池。因此，锂离子电池已经成为电动汽车的首选动力电池。
总结目前锂离子动力电池的优势，主要体现在以下方面：
①工作电压高。锂离子动力电池的工作电压是镍氢电池和镍镉电池的3倍，可达到3.6V。
②比能量高。锂离子动力电池的比能量是镍镉电池的4倍，达到镍氢电池的2倍，约为200
W·h/kg。
③循环寿命长。目前锂离子动力电池的循环寿命次数已达到2000次以上，在低放电深度下可达几万次，超过了上述三种动力电池的水平。
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④自放电率低。锂离子动力电池的自放电率仅为6%～8%（每月），远低于镍镉电池（25%～30%）和镍氢电池（15%～20%）。
⑤无记忆性。锂离子动力电池可以根据需求随时充放电而不会降低性能。
泰山小吃⑥环境友好。锂离子动力电池中不存在有害物质，属于无污染电池。
⑦体积灵活。锂离子动力电池容易满足电动汽车动力电池系统的布置要求。
1.3.2 锂离子动力电池的原理与分类
锂离子动力电池主要由正极、负极、正负极之间的隔膜、锂盐电解液、正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)元件以及安全阀组合而成。
①正极通常具备接纳锂离子的位置和扩散路径，很大程度上决定着动力电池的整体性能。目前最为常见的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及由多种金属氧化物构成的三元材料(通常为镍钴锰、镍钴铝)等。
②负极活性物质通常是由碳材料、黏合剂以及有机溶剂调和制成的糊状物质，涂覆在铜基上，呈薄层状分布。此外，部分新型的快速充电电池采用钛酸锂(Li4Ti5O12理事会)作为负极材料。
③隔膜用于隔绝正负极之间的电子通过，且只允许锂离子通过，一般使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔膜制成。
黄金车图片④电解液负责传送离子，通常为混有有机溶剂的高电容率锂盐电解液。电解液对于活性物质具有化学稳定性，必须能够良好适应充放电反应过程中发生的剧烈的氧化还原反应。
⑤为了保证使用安全，锂离子动力电池的内部一般设有异常电流的切断装置，通常为PTC元件。即使这样，在使用过程中仍然可能出现动力电池内压的异常上升。针对这一情况，安全阀的设置能够有效释放高压气体，防止动力电池破裂。

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