車(chē)用動(dòng)力電池主要有蓄電池和燃料電池兩大類(lèi)。顧名思義，蓄電池是利用化學(xué)物質(zhì)在電池正負(fù)極間進(jìn)行可逆的充放電反應(yīng)儲(chǔ)蓄和釋放電能；燃料電池是利用化學(xué)物質(zhì)不可逆的燃燒反應(yīng)（氧化反應(yīng)）形成電子遷移在正負(fù)極間產(chǎn)生電流和電壓釋放電能。所以蓄電池需要充電，而燃料電池需要加“燃料”，如氫燃料電池需要加注氫燃料。蓄電池放電反應(yīng)通常沒(méi)有排放物，而燃料電池放電通常排放其氧化物，如氫燃料電池排放水（2H2+O2 =2H2O）。

燃料電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前尚未達(dá)到規(guī)模應(yīng)用階段，僅有一些小規(guī)模應(yīng)用如氫燃料電池汽車(chē)或?qū)嶒?yàn)研究階段。目前市場(chǎng)上規(guī)模應(yīng)用的動(dòng)力電池都是蓄電池類(lèi)，其中性能指標(biāo)和應(yīng)用驗(yàn)證最適合也是應(yīng)用最廣的是鋰離子電池。

鋰離子電池構(gòu)成：

正極材料

通常由鋰、鈷、鎳等金屬材料，與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等加工而成，是決定電池性能的主要材料。

負(fù)極材料

主要作為儲(chǔ)鋰的主體，在充放電過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鋰離子的嵌入和脫嵌，目前鋰電池負(fù)極材料主要是石墨。

隔膜

經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子通過(guò)，而不讓電子通過(guò)，實(shí)現(xiàn)在充放電過(guò)程中鋰離子在正負(fù)極之間的遷移。

電解液

在電池內(nèi)部正負(fù)極之間形成良好的離子遷移導(dǎo)體，一般由有機(jī)溶劑、電解質(zhì)、添加劑等組成。

外殼

包裝電池的殼體，根據(jù)形狀不同主要分為：圓柱形，方形，軟包。

鋰離子電池充放電原理：

電池充電時(shí)：正極的鋰原子電離為帶正電荷的鋰離子和電子，帶正電的鋰離子從正極出發(fā)，穿過(guò)薄膜到負(fù)極，并在負(fù)極與電子合成鋰原子。

電池放電時(shí)：鋰原子從負(fù)極材料表面電離為鋰離子和電子，帶正電的鋰離子從負(fù)極出發(fā)，穿過(guò)薄膜到正極，并與電子合成鋰原子。

鋰離子電池的種類(lèi)：

鋰離子電池主要根據(jù)正極材料名稱來(lái)命名，目前主要鋰電池有：三元鋰（NCM/NCA）、磷酸鐵鋰（LFP）、錳酸鋰，鈦酸鋰等。

各種不同的鋰離子電池其性能指標(biāo)也有較大差異，三元鋰電池能量密度最高，單位體積重量下電池容納電量最多，從這個(gè)角度上來(lái)講最適合提升電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程。由于其能量密度的顯著優(yōu)勢(shì)，以及新能源汽車(chē)補(bǔ)貼政策對(duì)續(xù)航里程的要求，一度被認(rèn)為是電動(dòng)乘用車(chē)未來(lái)的主流技術(shù)方向，但由于安全性較差，在數(shù)次失火事故后行業(yè)對(duì)其發(fā)展回歸理性態(tài)度，但隨著技術(shù)水平的不斷提升，安全性也得到有效提升，目前仍是電動(dòng)乘用車(chē)最主要電池技術(shù)之一。代表車(chē)廠：特斯拉。

磷酸鐵鋰電池能量密度低于三元鋰電池，但安全性好，被認(rèn)為是最安全的鋰電池技術(shù)之一，并且造價(jià)成本低于三元鋰電池，但低溫性能較差，其綜合性能是目前與三元鋰電池并駕齊驅(qū)的兩種主流電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)。

由于電動(dòng)乘用車(chē)的空間和載重有限，對(duì)電池要求體積小、重量輕、容量大，目前以三元鋰和磷酸鐵鋰電池技術(shù)為主；大型車(chē)輛，如大型客車(chē)、貨車(chē)、泥頭車(chē)、工程車(chē)輛等，有更大的空間承載更重的電池，兼顧到安全性和成本因素，多使用磷酸鐵鋰電池。代表車(chē)廠：比亞迪。

錳酸鋰電池應(yīng)用較早，著名的日產(chǎn)聆風(fēng)（Leaf）電動(dòng)汽車(chē)即使用錳酸鋰電池。自2010年上市，已經(jīng)銷(xiāo)往全球49個(gè)國(guó)家，據(jù)說(shuō)創(chuàng)下了累計(jì)銷(xiāo)售突破30萬(wàn)輛無(wú)一電池安全事故的記錄。但由于能量密度低，已逐漸離開(kāi)主流技術(shù)行列，目前應(yīng)用較少。

鈦酸鋰電池具有幾項(xiàng)顯著的優(yōu)異特性：安全性好，特別是大功率快充性能好，循環(huán)壽命長(zhǎng)，低溫適應(yīng)性好。但同時(shí)也有較大的缺陷：能量密度低，生產(chǎn)成本較高（鈦酸鋰價(jià)格較貴）。目前主要應(yīng)用在一些特殊用途和場(chǎng)景的車(chē)輛，如北方嚴(yán)寒地區(qū)公交車(chē)或工程車(chē)輛。代表車(chē)廠：珠海銀隆。

經(jīng)過(guò)前面的描述，小伙伴們應(yīng)該對(duì)目前幾種主要的電動(dòng)汽車(chē)鋰電池技術(shù)有了一定了解，以后看到它們就知道它們的種類(lèi)了：

Tesla主要使用松下產(chǎn)三元鋰電池比亞迪e6使用自產(chǎn)磷酸鐵鋰電池珠海銀隆新能源客車(chē)使用自產(chǎn)鈦酸鋰電池比亞迪泥頭車(chē)使用自產(chǎn)磷酸鐵鋰電池作了以上鋪墊，下面可以來(lái)談?wù)勪囯姵叵到y(tǒng)的安全性和充電快慢的問(wèn)題。鋰電池的充放電是一系列非常復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其中影響安全性的因素很多，最為重要和關(guān)鍵的是鋰電池充電過(guò)程中電池負(fù)極產(chǎn)生的鋰支晶現(xiàn)象。

根據(jù)前文鋰電池充放電原理可知，鋰電池充電時(shí)正極的鋰原子電離為鋰離子和電子，鋰離子從正極出發(fā)，穿過(guò)薄膜到負(fù)極，并在負(fù)極與電子合成鋰原子。

目前鋰電池負(fù)極材料通常為石墨，主要作用是吸收和嵌入從電池正極電離遷移而來(lái)的鋰離子，但由于石墨負(fù)極的吸收嵌入能力有限，一旦電離遷移來(lái)的鋰離子數(shù)量超過(guò)負(fù)極石墨可嵌入數(shù)量，在電流、離子濃度、負(fù)極表面粗糙度等一系列因素作用下鋰離子將在負(fù)極表面結(jié)晶，通常稱為鋰枝晶。

形成鋰枝晶是不可逆過(guò)程，鋰離子一旦結(jié)晶將不能再參與電離反應(yīng)，即造成了鋰電池的容量和使用壽命衰減。若鋰枝晶繼續(xù)增大，電池將可能出現(xiàn)鼓包，失效等問(wèn)題。從而造成了電動(dòng)汽車(chē)故障的主要原因。

鋰枝晶的形成過(guò)程：

鋰枝晶微觀圖片：

鋰電池結(jié)構(gòu)損壞原理：

鈦酸鋰電池具有良好的安全性，大功率快充性以及循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，其原因就是鈦酸鋰電池用鈦酸鋰代替石墨作負(fù)極，鈦酸鋰負(fù)極即使在大功率充電情況下也不易形成鋰支晶，從而避免了產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題的可能，并延長(zhǎng)了電池的循環(huán)壽命。

因而對(duì)于目前鋰電池技術(shù)原理來(lái)講，大功率快充與安全性及循環(huán)壽命是此消彼長(zhǎng)不可兼得的關(guān)系，提高充電功率縮短充電時(shí)間勢(shì)必增加形成鋰支晶的風(fēng)險(xiǎn)，影響安全性和循環(huán)壽命。同時(shí)提升兩方面的性能正是鋰電池廠家努力的方向。

另一方面科學(xué)家們也在另辟蹊徑，試圖通過(guò)改變鋰電池基本材料和結(jié)構(gòu)來(lái)解決安全性和能量密度的問(wèn)題。如固態(tài)電池，將鋰電池中易燃易爆的液態(tài)電解液換成不易燃的固態(tài)物質(zhì)，將大大減少燃燒爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。但由于固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極材料貼合度較低，影響鋰離子傳導(dǎo)，進(jìn)而影響電池性能，同時(shí)由于成本原因，目前還尚未達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用的階段。

所以要保障電動(dòng)汽車(chē)使用安全，一方面要選擇制造工藝和產(chǎn)品質(zhì)量良好的鋰電池和整車(chē)，另一方面要選擇質(zhì)量可靠性能穩(wěn)定的充電設(shè)備，充電設(shè)備在為電池充電過(guò)程中與電池BMS交互信息，按照恰當(dāng)?shù)闹噶罱o電池提供匹配的充電功率，同時(shí)發(fā)揮著充電狀態(tài)監(jiān)控，安全保護(hù)，智能管理等多項(xiàng)重要功能，充電樁通過(guò)對(duì)充電各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)控和分析，為充電提供全方位保護(hù)功能，包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、短路保護(hù)、反接保護(hù)、漏電保護(hù)、絕緣保護(hù)等，保障按電池實(shí)時(shí)狀態(tài)精準(zhǔn)分配充電功率和提供優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的充電電能，是保障充電安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。技術(shù)先進(jìn)，質(zhì)量良好，穩(wěn)定可靠的充電設(shè)備將是充電安全的重要保障。

隨著對(duì)電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程要求的不斷提高，動(dòng)力電池能量密度和容量不斷增大，對(duì)充電時(shí)間要求不斷縮短，大功率直流快充成為行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，目前國(guó)內(nèi)主流招標(biāo)直流充電樁功率已達(dá)到120KW~180kw/臺(tái)， 特斯拉推出了最新一代超級(jí)充電樁Super charger V3，為Model 3充電功率到達(dá)250千瓦。國(guó)內(nèi)主流充電樁廠家科士達(dá)也推出了性能優(yōu)越的240KW直流大功率充電樁和360KW一托十分體式直流充電樁。預(yù)計(jì)到2021年~2022年單機(jī)功率達(dá)500KW以上的充電樁有望面市，單車(chē)充電功率也預(yù)計(jì)將達(dá)到200KW~250KW以上。

科士達(dá)360KW一托十分體式直流充電樁

對(duì)提升電動(dòng)汽車(chē)使用體驗(yàn)的追求，也推動(dòng)技術(shù)上必然向大功率快速充電方向發(fā)展，未來(lái)“充電10分鐘，續(xù)航300公里”類(lèi)似這樣的廣告宣傳將是新能源汽車(chē)廠家有力的競(jìng)爭(zhēng)砝碼，但在鋰電池的技術(shù)原理和物理結(jié)構(gòu)沒(méi)有本質(zhì)改變情況下，大功率快充仍然對(duì)鋰電池的循環(huán)壽命和安全風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生一定的影響，所以建議即使未來(lái)技術(shù)達(dá)到，也不必一味追求充電時(shí)間短，畢竟電池成本將近占整車(chē)成本的一半，電池的使用壽命和安全性直接決定了整車(chē)的使用成本和安全性，在可選的情況下可更多使用中小功率慢充，保持電池的使用壽命，也降低充電安全風(fēng)險(xiǎn)。

在電動(dòng)汽車(chē)選擇方面，若看重續(xù)航里程長(zhǎng)，帶電量大等性能，可多關(guān)注三元鋰電池汽車(chē)，通常高端車(chē)型比較多；若看重安全可靠，使用壽命等性能，則可多考慮磷酸鐵鋰電池汽車(chē)，通常中低端車(chē)型比較多。隨著鋰電池技術(shù)發(fā)展，兩種電池技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)都在逐步提升和改善，未來(lái)或?qū)⒁徊l(fā)展。

在國(guó)家政策層面，5月29日，工信部裝備工業(yè)發(fā)展中心發(fā)布關(guān)于實(shí)施電動(dòng)汽車(chē)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的通知：實(shí)施《電動(dòng)汽車(chē)安全要求》、《電動(dòng)客車(chē)安全要求》、《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》三項(xiàng)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

在新基建和電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的共同的推動(dòng)下，充電樁將向更大功率的方向發(fā)展，對(duì)充電樁的質(zhì)量和性能可靠性有了更高的要求，充電樁產(chǎn)品未來(lái)在安全監(jiān)測(cè)，安全保護(hù)方面的技術(shù)還需要持續(xù)提升。大品牌，技術(shù)領(lǐng)先，質(zhì)量?jī)?yōu)良，性能可靠的充電樁廠家將逐步發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)。

而對(duì)新能源車(chē)主來(lái)說(shuō)，購(gòu)買(mǎi)優(yōu)質(zhì)可靠的電動(dòng)汽車(chē)，選擇質(zhì)量可靠的大品牌主流充電設(shè)備如科士達(dá)充電樁，形成快慢充相結(jié)合的使用習(xí)慣，也是延長(zhǎng)電池壽命，降低安全風(fēng)險(xiǎn)的有效方法。

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