一 动力电池产业发展现状及趋势分析

（一）车用动力电池概述

1.车用动力电池分类及性能比较

动力电池是电动汽车的动力源，是车载能量的存贮装置。动力电池在纯电动汽车、燃料电池汽车、非插电式混合动力汽车和插电式混合动力汽车上作为驱动力能源，同时向空调系统、动力转向系统、照明、信号系统、刮水器和喷淋器以及车载娱乐和通信设备等设施提供电能。

根据目前在电动汽车上的应用情况，动力电池主要涉及铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池等产品类别。

（1）铅酸电池的工作原理

电池正极活性物质为二氧化铅（PbO₂），负极活性物质为海绵状铅（Pb），硫酸水溶液做电解液，电池端电压为2V左右。放电时，正负极活性物质分别与电解液发生反应，转变为硫酸铅（PbSO₄）；充电时正好相反，正负极活性物质分别恢复为二氧化铅（PbO₂）和海绵状金属铅（Pb）。

正负极的电化学反应过程可用以下式子表示：

正极

负极

总反应式

（2）镍氢电池的工作原理

镍氢电池以储氢合金为负极材料，氢氧化镍为正极材料，电解液是含氢氧化锂（LiOH）的氢氧化钾（KOH）水溶液。电池放电时，负极的金属氢化物被氧化生成金属合金，正极的羟基氧化镍（NiOOH）被还原成氢氧化镍（Ni（OH）₂），充电过程相反。其工作原理如图1所示。

图1 镍氢电池工作原理

在充放电过程中的电池反应为：

正极

负极

总反应式

（3）锂离子电池的工作原理

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液移动到负极，而作为负极的碳呈层状结构有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入碳层的微孔中，化学能转化为电能而储电。当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又移动回到正极而产生电能。其工作原理如图2所示。

图2 锂离子电池工作原理

在充放电过程中的电池反应为（以钴酸锂体系为例）：

正极

负极

总反应式

2.新能源汽车对动力电池的基本要求

铅酸电池性能可靠，价格低廉，技术成熟，但质量重，过充电、过放电性能差，在比能量、深放电循环寿命等方面不够理想，快速充电困难，因此作为纯电动汽车动力电源较镍氢电池、锂离子电池性能差。国内外将它的应用定位在速度不高、路线固定的车辆，如环卫、邮政等专用电动车辆及社区间的电动车辆、纯电续驶里程较短的电动车辆等，或将铅酸电池的性能改进提升后，作为具备启停功能的弱混合动力汽车的动力电源。

镍氢电池是20世纪90年代发展起来的一种新型电池，它的正极活性物质主要由氢氧化亚镍构成，负极活性物质主要由贮氢合金构成，是一种碱性蓄电池。镍氢电池具有高比能量、高比功率、适合大电流充放电、使用寿命长、过充电和过放电性能好等优点，并可以实现快速充电，同时低温性能好，能够长时间存放，且无污染。目前，镍氢电池在混合动力汽车中有较多的应用。

锂离子电池是1990年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池，是目前世界最新一代的充电电池。锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电、自放电率低、工作温度范围宽和安全可靠等优点。由于锂离子电池耐过充性能差，需要设计特殊的线路对其充电进行控制和保护。目前锂离子电池在混合动力和纯电动汽车中有较多的应用。

纯电动汽车（EV）行驶完全依赖电池的能量。从理论上讲，电池容量越大，可以实现的续驶里程越长，但装载的电池体积和重量也越大。纯电动汽车需要根据设计目标、道路情况和行驶工况不同来选配不同容量和能量的电池。非插电式混合动力汽车（HEV）对电池的容量要求有所降低，对功率的要求大幅提升，需要根据整车要求实时提供瞬时的大功率输出和输入，即要实现小电池提供和接受大功率的要求。插电式混合动力汽车（PHEV）对电池的要求兼顾纯电动和非插电式混合动力两种模式，设计上既要实现纯电动模式的行驶工况，又要实现混合动力模式的行驶工况。不同类型的电动汽车对动力蓄电池的技术要求如表1所示。

表1 不同类型的电动汽车对动力蓄电池的技术要求

（二）车用动力电池技术发展现状与趋势

1.世界各国动力电池规划及发展重点

动力蓄电池作为电动汽车的关键核心技术，获得世界各国政府的巨额研发资金投入。本节