鋰離子電池

鋰離子電池首要是指在電極材料中運用了鋰元素作為首要活性物質的一類電池，首要包含鋰金屬電池和鋰離子電池兩大類。本文中講的鋰離子電池首要為鋰離子電池。

鋰離子電池是一種二次電池，它首要依托鋰離子在正極和負極之間移動來作業，是能夠充放電的電池。鋰離子電池的結構首要包含正極、隔閡、負極、電解液和電池外殼。

正極：一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料（俗稱三元），純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則因為體積大、功能欠好或本錢高而逐漸淡出。

隔閡：為一種經特別成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結構，能夠讓鋰離子自由經過，而電子不能經過。

負極：一般為石墨，或近似石墨結構的碳。

電解液：是電池中離子傳輸的載體，一般由鋰鹽和有機溶劑組成，首要效果是在鋰離子電池正、負極之間傳導鋰離子。

電池外殼：分為鋼殼（方型很少運用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池運用）、鋁塑膜（軟包裝）等，首要用來維護電池用。

鋰離子電池依據正極材料分首要包含鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元鋰、磷酸鐵鋰等，現在在車用方面較為老練的為磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池，前者的代表是比亞迪，后者為特斯拉。

燃料動力電池

燃料動力電池是一種把燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學設備，又稱電化學發電器。

它是按電化學原理,即原電池作業原理,等溫的把貯存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能,因而實際進程是氧化還原反應。

燃料動力電池首要由三部分組成，電極、電解質和外部電路。

燃料動力電池的電極是燃料發作氧化反應與氧化劑發作還原反應的電化學反應場所，首要包含陽極和陰極，厚度一般為200－500mm，其結構與一般電池的平板電極不同為多孔結構，目的是進步燃料動力電池的實際作業電流密度。

電解質起傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的效果。為阻擋兩種氣體混合導致電池內短路,電解質一般為細密結構。

外部電路一般有雙極板構成，雙極板具有搜集電流、分隔氧化劑與還原劑、引導反應氣體等效果，其功能首要取決于其材料特性、流場規劃及其加工技能。

常用的燃料動力電池按其電解質不同，能夠分為質子交流膜燃料動力電池（PEMFC）、固體氧化物燃料動力電池（SOFC）、熔融碳酸鹽燃料動力電池（MCFC）、磷酸燃料動力電池（PAFC）和堿性燃料動力電池（AFC）。

質子交流膜燃料動力電池（PEMFC）因為具有多種功能優勢，包含電池操作溫度低、發動速度快等，是現在運用較為老練和廣泛的燃料動力電池，在全球出貨量和出貨兆瓦數方面占有主導地位。

燃料動力電池的燃料首要是氫氣、甲醇等碳氫化合物。本文中的燃料動力電池首要以氫燃料動力電池為例進行剖析。

兩種電池的全方位比較

同為新動力鋰電池，鋰離子電池輸入/輸出電能，實際上是先將輸入的電能儲備起來，待到用時再經過輸出的設備輸出電能。

燃料動力電池其實相當于傳統轎車的內燃機。內燃機燒油，僅僅能量轉化設備，不是儲能設備；燃料動力電池燒氫氣，也是能量轉化設備，不是儲能設備。

而鋰離子電池是儲能設備，所以嚴格來說，燃料動力電池不是電池，是發動機。

因而，燃料動力電池是發電設備，而鋰離子電池是儲能設備。下表為兩種動力鋰電池的歸納比較，比較要素包含歸納功能方面、本錢、方針支撐、資源束縛性、環境維護、商業化程度。

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能量密度

能量密度（Energydensity）是指在必定的空間或質量物質中貯存能量的大小。電池的能量密度是電池均勻單位體積或質量所釋放出的電能。

電池的能量密度又分為單體電芯的能量密度和電池體系的能量密度，電池體系的能量密度低于單體電芯。

鋰離子電池體系歸于封閉體系，因為受制于鋰元素特性，已現在在鋰離子電池中能量密度最高的三元鋰離子電池為例，其單體能量密度也僅為1.08MJ/kg（電池包體系衰減20%）。

未來假如要進步鋰離子電池的能量密度，需依托全固態電池技能的打破，但其能量密度上限也不高。

燃料動力電池體系歸于開放性體系，其能量密度實質上取決于儲氫量，氫氣自身的能量密度為143MJ/Kg，并且現在燃料動力電池體系能量密度超過350wh/kg，未來跟著儲氫技能的進步，能量密度進步仍有十分大的空間。

功率密度

功率密度是動力鋰電池最大輸出功率與電池體系質量或體積的比值。

鋰離子電池體系假如進步其輸出功率使其能夠高功率放電，一般解決辦法是添加電池數量，這樣一起會加大整個電池體系的分量，即使Tesla選用了現在能量密度最好的三元電池，其電池組件分量都接近半噸。

因而鋰離子電池體系高功率放電與高續航路程無法兼容，功率密度進步有限。

燃料動力電池本質上能夠理解為以氫氣為原料的化學發電體系，因而輸出功率比較穩定，一般為了最大進步放電功率只需附加動力鋰電池體系即可，如豐田Mirai配套了鎳氫電池。

燃料動力電池體系作為一個開放動力體系，輸出功率進步簡單，附加的電池也不會添加過多分量，豐田Mirai功率密度到達了2036W/kg。

安全性

無論搭載鋰離子電池的純電動汽車仍是搭載燃料動力電池的轎車，只需是轎車那么安全性就是最重要的指標。

鋰離子電池作為封閉的能量體系，從原理上高能量密度和安全性就很難兼容，假如單純追求高能量密度，那么整個鋰離子電池體系就相當于炸彈。

因而現在干流工藝道路中，能量密度低的磷酸鐵鋰安全性較好，電池溫度到達500~600度時才開端分化，根本不要太多的維護輔佐設備。

Telsa選用的三元電池能量密度雖高，但不耐高溫，250~350度就會分化，安全性差。

其解決方法是并聯了超過7000節的電池，大幅降低了單個電池漏液，爆破帶來的風險。

可是假如剖析特斯拉轎車發作的事端，要么是細微的磕碰，要么是靜態狀況，但電池卻著火了，因而其安全性方面還存在許多問題。

燃料動力電池自身安全性很好，其用于車載后，因而其安全性首要來自于儲氫體系。

但經過很多的實驗證明，比較汽油和天然氣這兩種常見的車用可燃氣體，氫氣的安全性并不差。

并且現在車用儲氫設備都選用碳纖維材料，在80KM/h速度多角度磕碰測試中都能夠做到毫發無損。

即使車禍導致走漏，因為氫氣爆破要求濃度高，在爆破前一般就現已開端焚燒，反而很難爆破。

并且氫氣分量輕，溢出體系的氫氣著火后會敏捷向上升起，反而必定程度上維護了車身和乘客。因而跟著商業化推進，其整體安全性是可控的。

牢靠性

電池的牢靠性指的是電池發作事端導致其損失電能存儲才能的概率。

鋰離子電池的牢靠性與其安全性問題有很大的關聯，可是卻不是一個概念。鋰離子電池發作安全性事端，必定將導致其損失電能存儲才能。

但鋰電損失電能存儲才能并不都是發作安全性事端而導致，比方因為容量跳水導致的電池失效。

鋰離子電池體系是由成百上千個單體電芯經過串并聯組裝在一起的，因而整個電池體系的不牢靠性將被急劇放大。

從國內純電動轎車所積累的數據來看，鋰離子電池體系的牢靠性現在還不能令人滿意。

而燃料動力電池從上個世紀70年代就現已運用于航天飛機，美國國際燃料動力電池公司（IFC）出產的第三代AFC（標稱/極限功率7.0/12.0KW）后來成為美國航天飛機的標準動力源。

現在全球正在或者行將執役的慣例特種大多選用PEMFC（質子交流膜燃料動力電池）作為主動力鋰電池體系。

俄羅斯、韓國、澳大利亞、以色列和意大利的新型慣例特種都選用PEMFC燃料動力電池技能，大型PEMFC電堆單純就技能層面而言現已開展到了高度完善牢靠的程度。

因而燃料動力電池具有極高的牢靠性。

環境溫度適應性

因為轎車運用地域的廣泛性，有關新動力轎車而言，溫度適應性就十分重要了，其能適應什么樣的溫度規劃則取決于動力鋰電池自身。

當時，鋰離子電池在零度以上的生活環境中功能不會受到到影響，可是零度以下出現的問題是其急需解決的難題。

鋰電的低溫功能首要取決于溫度對電極材料的電導、離子擴散系數以及電解液電導率的影響。

低溫下電解液的粘度增大電導率下降，導致電池極化急劇添加。特別當鋰離子電池在接近零度時，其功能急劇下降，-20℃幾乎無法正常作業。

并且低溫下頻頻充放電會嚴重惡化鋰離子電池的壽命，并且簡單導致負極析出鋰而帶來安全隱患。

燃料動力電池在發動以后，因為電池自身的作業原理睬放熱，即使是在很低的環境溫度下燃料動力電池電堆的溫度也會很快穩定在80~90℃的正常作業溫度規劃。

豐田和本田公司的燃料動力電池轎車現已做到了-30℃發動，可是有關燃料動力電池而言，仍然要持續進步其在低溫下的功能，-40℃是未來的首要方針。