汽车用锂离子电池的构造

汽车工程师老王 汽车工程师 · 10年经验

这期开始，带大家详细解读新能源汽车板块的上游产业——“锂离子电池”。新能源汽车分为纯电动汽车，混合动力汽车，燃料电池汽车三类，其中纯电动汽车与混合动力汽车是我国市场上最常见的新能源汽车类型，而燃料电池汽车正处于商业化初期阶段。纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的汽车。混合动力是指采用传统燃料，同时配以电动机来改善低速动力输出和燃油消耗的汽车。燃料电池汽车是指以氢气，甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。电池，电机，电控(“三电”)构成了整个新能源汽车的核心，区别于传统发动机，它们组成了“电”动力总成。电源模块主要包括动力电池，电池能量管理系统(BMS)和充电控制器等，它的功用是向电机提供驱动电能，监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。新能源汽车采用的是锂离子电池，它是一种二次电池，主要分为正极材料，负极材料，隔膜和电解液四个部分。其中，正极材料是锂离子电池最为关键的原材料，占锂离子电池总成本的40%以上。它的本质是利用锂离子的脱嵌和过渡金属的氧化还原实现化学能和电能的相互转换。锂电池正极材料在充电时释放锂离子，其材料的种类和性能直接关系到动力电池的额定电压，能量密度，循环寿命。主流应用的正极材料有磷酸铁锂(低成本，高安全和长寿命)和三元材料(高比能)。锂电池负极材料在锂电池中起储存和释放能量的作用，主要影响锂电池的首次库仑效率，循环性能以及倍率性能等。负极材料主要分为碳材料与非碳材料两大类，目前最主流的负极材料是天然石墨和人造石墨。石油焦炭和石墨作负极材料无毒，且资源充足，锂离子嵌入碳中，克服了锂的高活性，解决了传统锂电池存在的安全问题。在锂离子电池中，隔膜吸收电解液并位于正极与负极之间，其主要作用为提供锂离子通道和电芯安全屏障。隔膜可分为干法隔膜和湿法隔膜。干法隔膜的原材料主要为PP(聚丙烯)，湿法隔膜的原料主要为PE(聚乙烯)。电解液在正负极之间起到传导锂离子的作用，电解液对锂电池的能量密度以及循环，倍率，储存，安全等性能影响极大。电解液由电解质锂盐，高纯度有机溶剂，各类添加剂等原料按一定比例配制而成。以上是新能源汽车锂离子电池的基本结构和工作原理，下篇将继续解读锂离子电池更多相关知识。