新能源汽车的电池现状和未来发展

摘要

新能源汽车主要是采用非普通或普通的汽车燃料•、新能源设备等作为动力源,

综合功率控制，合理应用驱动技术，以提高汽车的动力性。新能源汽车以先进的

技术原理和新技术、新结构的应用，在新能源汽车上已经开发出冰燃料、核能、

页岩气和风能。然后，通过对新型动力电池汽车应用现状、类型的分析，提出了

未来的发展趋势，旨在为动力电池汽车部门等的顺利开发利用提供基础性支持。

关键词：新能源汽车；动力电池；应用现状；发展趋势

1引言

新能源汽车不仅仅能够降低环境污染、节约资源而且还能够优化能源消耗结

构。而复合动力电池则作为是目前新能源动力汽车的一个关键技术，以复合动力

电池集成模块开发为技术重心，实施新的汽车复合动力电池，技术重点是超高能

柔性锂离子动力电池，并扩大大规模和小型工业和技术应用。以发展超级动力汽

车技术为战略方向，发展汽车主导产业，以动力电池为动力的混合动力汽车与超

级动力电容器集成，全面发展以动力系统为动力的汽车，以安全提高一致性和

持久性，如动力电池管理技术应用，改进汽车动力电池系统模块化应用技术；为

了保证汽车更好的行驶，动力电池得到了不少人的正视和关注。因此公司引进海

外最前沿的材料动力电池生产技术，深入研究展升下游下一代新型材料动力电池

技术自主创新的技术研究，重点开发研究新型锂基铁离子材料动力电池的结构设

计、性能变化预测、安全性能评价以及提高安全性能等新技术。相信在不久的将

来，动力电池技术会环保并趋于完善。

2新能源汽车动力电池的概述

2.1动力电池的历史

动力电池的技术发展史主要是从电池到铅酸蓄电池带动电动汽车的出世，再

到锂离子电池大放异彩等之间经历了大量的时间从1799年第一个电池伏特电池

堆的制成开始干电池、碳锌电池等也陆续出现直至85年铅酸蓄电池的发明才开

始应用在汽车身上，其实在这之前蓄电池就已经发明了只是鲜有人知。学过历史

的都知道在第一次工业革命的时候交通领域的革新便随之展开，银镉、银铁电池

也被发明出来，但随着时间的流逝电动汽车受到电池限制没有太大的发展，导致

陷入了停滞使得燃油汽车得到发展。然而，随着人们环境保护意识的提高，铅、

镉等有害金属的排放和使用日益受到国家限制，因此人们需要不断寻找新的能源

来代替传统蓄电池和锲-镉电池的可充电蓄电池。直到1976年英国科学家提出了

锂离子电池的概念并成功制造出可充放电的锂离子电池，随着时间的推移锂离子

电池发展迅猛，自然而然地成为我国强大的市场候选者之一，到1991年索尼开

发了一款商用锂离子电池，1995年丰田为普锐斯混合动力汽车引入了银氢电池。

自从丰田最大限度地开发这款汽车以来，已经过夫了20多年，锂离子电池已经

开始商业化。到现在像特斯拉、比亚迪等等都是动力电池为主的对环境影响较小

的纯电动汽车。

2.2动力电池的类型

动力电池不仅是目前新能源电动汽车的主要动力源，也是汽车能量综合储存

重要装置，它的种类繁多外形差别也比较大，其分类方式如表1所示。

动力甩池主要类型有四种，在物理电池领域，超级甩容已经应用于新能源汽

车上。以氢为主要燃料的锲氢燃料电池也己经广泛应用于各种新能源电动汽车上。

为几款主流的动力电池的技术参数时比的情况。由此就可以看出，锂离子电

池具有工作电压高、使用寿命悠长、自放电率低、没有记忆效应、零污染等优点，

必将成为新能源汽车厂家的主要选择。

2.3动力电池国内外研究

根据动力电池的使用要求、特点和应用范围的不同，国内外动力电池的研究

开发大体经历了以下几个发展阶段。第一代动力电池：铅酸电池，如图3所示。

广泛应用于汽油车和一些纯电动低速车。如图4所示。本实用新型是

一种免维护的自动铅酸蓄电池控制阀，由于本实用新型可避免在使用中出现

极板短路、漏水、活性物质脱落等问题，提高了使用寿命。其总体结构特点主

要有：①蓄电池免维护栅架正极板一般采用铅钙合金焊接，栅架负极板全部采用

铅钙合金焊接。以这种方式来控制短路板和活性物质的损失。②两种分离器通常

由超细玻璃微纤维制成。③采用自动化的紧装配型结构。④正负极桩位于密封

壳体的外面。⑤壳体的上部须设有气体收集室，以收集水蒸气、硫酸等热量，它

将被转化为液体回归电解槽内。

铅酸蓄电池使用了近100年，是目前世界上唯一使用的汽车动力电池。与其

他动力电池产品相比，第一代动力电池具有性能好、技术可靠、成熟、价格低廉、

性能好、功率大、电压平衡、安全性强、维护方便、使用范围广、原材料多、自

放电效率低等特点。成熟的回收技术和许多其他优势，广泛应用于国内外第一代

电动汽车上。目前，我国市场上许多专业公司正在开发研制各种新型铅酸蓄电池,

使铅酸蓄电池的质量和性能得到了显著提升。但因其能量密度小、循环寿命短、

质量大、过充或超负荷性能弱等缺陷。不符合环保和高效率的要求，将在今后逐

步淘汰C

第二代碱性动力电池：属于碱性电池，如锲镉蓄电池、锲氢蓄电池。银镉蓄

电池因其严重的环境污染已被欧盟以及世界其他国家地区法律禁止生产使用，而

银锌电池因其产品的质量价格优势已经远远超过了传统铅酸蓄电池，目前它仍

然认为是基于HEV的一种主流混合动力电池。

第三代动力电池：锂电池。1990年之后，H本研制成功的银氢电池已引起

国际社会的高度重视，应用范围迅速扩大。然而，自从日本Shinri蓄电池公司推

出锂离子电池以来，人们对这种电池重新接受和认同，一些银氢电池制造商将电

池变成了锂电池制造厂。将锂电池细分为三类：锂离子动力电池和锂分子电池。

锂电池的特点是它的体积较小、功率更大、电压也更高、安全性能更强、无污染

和环保性能好等优点。锂电池的配置方式相对于银氢电池与银镉电池，充电时都

是不需耍先对其任何进行放电处理，给普通的使用者带来了很多的方便，同时也

能减小电能的消耗。锂电池的内部电源自放电率为5%-10%,具备了外部电池自

放电低的巨大优势，在不被广泛使用的正常状态下内部基本完全不会与其发生任

何大的化学反应，十分的稳定。由于它本身并不是含有镉、汞和铅等任何重金属，

因此锂电池被认为是一种极其环保的蓄电池，在未来的一段时间内它将是比较具

有竞争力的动力电池。锂离子燃料电池一般属于二次电池，它依靠金属锂离子在

用价值，目前我国的铅酸蓄电池广泛应用于电动自行车、三轮车等领域。应用

效果高。

3.2银氢类型

这种电池属于目前应用最广泛的碱性电池，使用寿命长，存储效率高，放电

功率大，应用效果较好。然而，在电池的应用过程中，成本很高。在国外生产过

程中，主要是丰田公司等各类锲氢电池组，比能量可达79Wh/kg,在循环使用过

程中，使用寿命可达600倍左右，性能和使用效吴较好。我国动力电池技术水平

将远低于国外技术水平，主要指55A-H型、100A-H型，比能量可达65Wh/kgo

近年来，我国锲氢电池广泛应用于电动工具系统及相关领域。在锂离子电池快速

发展的过程中，MH-Ni型电池在汽车领域几乎没有得到应用。

3.3锂离子类型

由于这种电池在使用过程中具有电压高、能量密度高、物理化学特性独特等

特点,广泛应用于社会生活、国防和军事领域。根据电解液的相关特性进行拆分，

涉及液体锂电池电解液，聚合物锂电池电解液一般采用聚合物电池，如：中和酸

锂、磷酸铁锂等。在重量轻、能耗高的应用中，不会出现环境污染问题，且无记

忆效应，应用寿命长，在相同体积、重量的应用中，锂电池在使用过程中的充

电容量是目前银氢电池的近两倍。在整个电力发展过程中，只有十分之一的电力

发展，在未来的生产和发展阶段仍有很大的潜力。同时，这种电池的应用也不会

产生污染问题，并且目前环保节能与环保的总体趋势相互适应，具有很高的应用

前景和潜力。我国从上世纪90年代开始开发和使用锂离子电池，至今已取得了

良好的效果，并开发出具有自主知识产权的电池产品，对推动我国新能源汽车的

发展起到了良好的作用。

3.4燃料类型

在电池的内部结构中，会有化学反应，将化学能转化为电能。无论是哪种燃

料电池，最重要的是氢燃料，氧化燃料，两种物质反应后产生水，不会造成环境

污染问题。与锂离子电池相同的应用，可达到零污染，无污染排放的目的。近一

个世纪末，美国和日本作为燃料电池的发达国家，作为燃料电池的开发商，目前

部分已与燃料电池汽车虽然在技术研究上起步较晚，处于相对落后的状态，缺乏

良好的基础设施和配套设备，但目前，我国已开始重视燃料电池在新能源汽车上

的应用和研究。国家还制定了相应的优惠政策，认为在今后的发展阶段，可以缩

小其他新能源汽车用动力电池的差距，为新能源汽车产业和农村的发展作出贡献。

4新能源汽车动力锂电池存在的问题及问题分析

4.1锂电池生产过程中存在的常见问题

电池本身会出现的不良：在锂电池的制作过当中，会需要通过许多的工序，

如，正极冲片工序、负极冲片工序、叠片工序、焊接工序、注液工序、封装工

序等，根据这些工序中会出现的不良种类以及数量，进行数据的分析会发现许多

的不良都是有相关性的，那么接下来，结合我个人在某某公司实习的经历以及某

月该公司在各个车间的报废占比来进行分析，不同的工序，会存在哪些不良，以

及不良的数量。

一不良致S1—不良率-----察计不艮率

焊接报废占比

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图4-4焊接报废占比图图4-5注液报废占比

注液报废占比

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图4-3封装报废占比

叠片报废占比

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那么我们来看看制造车间的数据。

以上五幅图是锂电池制造过程的报废占比，可以看出其主要问题点都是属于

极片的料区问题，涂层：料区不均匀，不平整；漏箔：料区没有把箔材全部遮盖，

箔材外露;划痕：极片被外物划到过出现的，以上这些都会导致极片性能的不良，

影响到电池的能量大小，甚至出现安全问题。除云以上这些问题之外，最大的安

全问题是电解液的漏液情况，虽然出现的概率最小，但是其危害确实最大的，会

导致火灾甚至爆炸等情况，且锂电池的许多原材料是有毒的，因此在环境控制中

也是相当的严格。

现在汽车是人们的常用交通工具之一，在新时代以及新能源背景下，科研人

员为满足人们的要求且环境的保护，制作出了适合大众的新能源汽车，并投入

到人们的使用当中去，推动了新能源汽车的发展，但是也随着新能源汽车动力锂

电池的技术问题，各种各样的问题也开始暴露了出来，开始逐步的影响新能源汽

车市场，相对年轻人而言或许还行，但是相对大多数长辈是无法接受的，其中各

类问题还有着影响驾驶员人身安全的威胁。其中新能源汽车电池存在的问题有:

电池容量密度存在的问题、电池的装配技术不够高、电池的检测技术不完善、电

池的本身缺陷等。

电池的容量密度问题及改善：与普通的燃油汽车相比，新能源汽车的区别在

于其动力靠的不是发动机而是动力锂电池，其动力锂电池不仅是新的能源也是一

种环保的低排放的清洁能源，但是其也存在着容量密度偏低的问题，即假定新

能源汽车与普通的燃油汽车行驶相同的里程以及行驶相同的时间，但是普通的燃

油汽车只需要加油一次就可以满足它本身的需求，然而新能源汽车就需要充电

2-3次左右，且充电的时间不短，所以新能源汽车市场收到了影响。

可以改善电池的容量性能，保证电池的材料在高负荷高压下不会产生形变，

首先选择耐热性高的材料，再从这个基础上开始选择能量比和导电率等问题，保

证在电池材料有限的情况下，保证最大的电池容量，最后保证功能的情况下降低

粘结剂的量，节约使用空间，确保能量的大小以及充电时间的缩短。

电池装配技术不够高：与国外的新能源汽车行业所相比，我国起步较晚，发

展的核心技术也不够成熟，研发专利也只有几项且国内的龙头企业也为数不多，

其他的国内小公司也是通过购买部件来进行组装，在这种情况下就很容易出现装

配技术不良的问题，如果加上组长尺寸偏差或者材料出现问题等，导致新能源汽

车电池的形变，或者在工作时无法支撑所有部件工作等等这些都会导致新能源的

发展。

想要提高新能源汽车的技术的一个重要途径是汽车的装配工艺。对于中小型

的新能源汽车公司而言，由于其没有足够的技术支持，同时没有专业的人员进行

研发，其最重要的是对电池的尺寸进行设计与图形设计的优化，不能盲目的跟从

电池的市场进行设计与生产，多次尝试并旦进行多次操作，保证数据资料的准确,

使电池的组装技术有效的提高，然而对于大型的新能源企业而言，已经拥有了多

项专利以及专业的流水线，那么其重视程度应该在技术组装上，并且加强和中小

型新能源企业的合作，以技术交流为前提，中小型企业为自己提供高质量的零部

件，帮助中小型企业的技术发展，共同成长。

电池的检测技术不完善：我国的检测技术起步较迟，发展较慢，国内各个企

业的检测技术也各不相同，而且国家的新能源汽车质量检测技术的资料也相对较

少，因此无法完善电池相关的检测技术。电池的专业检测人员不多，且许多人

对电池的检测技术认识度不高，采用的依旧是原始的检测方法，所以忽视电池的

检测，将来随着科研技术的提升，慢慢的电池问题也会越来越多，这些都是检测

不全面不专业之后埋下的故障C

随着新能源汽车的电池相关的研发技术的不断提升，越来越多的电池技术以

及种类被研发出来，同时不稳定的种类也会不断的增加，所以提升新能源电池的

检测技术将会成为新能源电池的重要保障，新能源汽车专业的检测团队是必不可

少的，并且要完善国家的相关检测内容，结合目前的技术水平来完善现在的检测

技术，积极培养后备的新生力量，定向的引进人才，并且对其进行相对的金额奖

励，促进其的科研进度以及工作动力，这些的完成可以帮助我国的电池检测技术

的提升，同时可以加强我国的科研进度，为未来埋下基础。

锂电池失效的6种原因目前新能源锂电池的失效性存在6种原因，分别是热

稳定性、金属异物、负极析锂、隔膜瑕疵、设计或制造缺陷、极片变形或短路这

6种。

热稳定性：日前锂电池的许多事故中都是热能失控导致的，其原因是内部结

构的短路，导致热能的产生以及外放，以及锂电池本身的导热性较差，无法把热

能快速散去，其本身也是可燃物，所以在电池温度急剧上升的时候，达到电池

可燃温度时，锂电池就会发生自燃现象。

金属异物：锂电池的性能与许多因素有关，其中正极的影响也很大，正极目

前市场的常用材料是磷酸铁锂，然而如果在这之中存在别的金属元素就会对理电

池的性能产生很大的影响，如铭和锌，在最初时是无法发现的，但是在电池工作

久了之后，会先在正极进行氧化，然后根据电池的氧化反应到达负极，慢慢的在

负极侧累积，累积的少的还可以只是影响性能，但是一但过多，那块区域就会变

成未反应区。域，时间久了就会出现那片负极的自燃，甚至还会割破隔膜，因此

是非常危险的。

纳米微孔负极析锂：负极析锂的现象主要是在制造前期的负极片料区不均匀,

或者在大功率下负荷充电导致的，并且因为锂元素活性的原因，会导致负极片的

区域锂元素累计造成负极死锂的出现，且也会发生自燃现象。

隔膜瑕疵：隔膜是容易被忽视的一个点，我本人在第一次看见隔膜时以为是

塑料膜，是不会出现问题的，但是后来了解到，隔膜是由很小的纳米材料构成，

它整张都存在均匀分布的小孔，是锂离子在正负极间穿梭的通道，但是正因为如

此，如果隔膜孔被锂离子堵住，就会导致正负极锂元素不流通，接而就会出现危

险，也会出现自燃C

极片变形：极片是锂电池的核心，如果几片发生变形，轻微的话只是影响性

能，严重的话会导致正负极之间发生接触，导致工作时发生短路，造成烧极片的

影响，从而导致自燃。

设计缺陷：锂电池本就是精度很高的东西，再、在制造过程中对人、机、料、

法、环的控制本就要求很高，所以如果在设计电池时，如果把料区设计偏厚或者

极片尺寸不恰当时都会出现许多不良的反应，甚至发生火灾，这几年本就是锂电

池腾飞的时代，但同样的，每年都有锂电池公司发生火灾，所以要注重生产的质

量问题，消除各种隐患。

异常发现，某日在某车间的化成工序，主操员工在抽检的时候，发现二次抽

空出现NG鼓包现象。

临时措施，通过鼓包电芯ID发现为返工电芯，使用IMS找出当天的所有返

工电芯35包，进行单独的排查。

确定并且验证根本原因，电芯拆解，发现存在极片掉料，并提出假设：极片

本身不良或返工时操作不规范以及环境不良。然后根据己拆电芯ID,拆解前后

两包，发现极片无异常，因此可以排除假设①的可能，这个时候，通过线下员工

得到的信息，了解到返工时，关掉过环境半小时，并且当天为雨天，空气中的水

分含量较多，找到问题所在为返工时的环境不良。然后使用IMS找到当时返工的

35包电芯，到化成查找出它们对应的预充数据，通过折线图分析出35包电芯预

充数据呈3种状态，拆解的第一包电芯是充电到一定值时，在无法充入.如

(F08XC21G23BC03580),而另外两种状态是都会上升,但，一个上升缓慢，如

(F08XC21G23BC00134)，一个上升快速,如(F08XC21G23BC01200),根据对比正

常电芯折线状态，只有上升快速的一致，因此通过电芯ID报废另外两种状态的

电芯。

这个例子是我在实习期发生的一个比较罕见的问题，现如今的锂电池生产己

经成熟，但是问题依旧许多，想要解决就需要加强生产的环境控制以及质量意识,

同样的在道路上行驶的新能源汽车，个人建议要让每一位购买新能源汽车的车主

知道，不要擅自改装新能源汽车，要经常检查汽车的线路，注重安全。

5锂离子动力电池的发展方向

我国的矿产资源一直以来都是属于富裕的，但是国际化相比长时间还是处于

富煤、少气、缺油的状态，然而根据咨询可以知道，我国从现在开始到2050年，

我国的石油产出大约有亿我国将处于石油匮乏的阶段，并且对外的依

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存度不能大于50%,所以需要发展电动中国的行动。

结合以上，我国将面临能源的缺乏，资源的严重消耗，生态环境的恶化，想

要有效的减少这些弊端，发展新能源汽车已经成为必不可少的战略，通过新能源

汽车的零排放来减少污染的排放，且减少了能源的损耗，因此想要走的更远首先

的工作就是开发锂离子动力电池，其作为目前电池市场的第一，应首当其冲。

5.1正极发展

锂离子正极材料的研发一直在进行当中，也是锂电行业的重要领域，那么它

的发展方向在哪里呢?接下来谈谈我查阅资料得出的结论。就目前而言，锂哨子

电池的正极材料在接下去的发展中会出现两种方向，一种是大型的动力电池，还

有一种就是小型电池。而我个人觉得目前我国的动力电池虽然成长已经很快，但

是相对于国外发达国家还有一段距离，完美的动力电池还是想一张饼一样，但是

相信在未来小型电池会成为很大的市场，因此会决定未来锂电池正极的材料，未

来的小型电池的发展方向会如何呢?我个人觉得，在保证电池稳定及安全性的前

提下，提升锂电池的容量和加大循环的续航里程是最重要的，这毋庸置疑的足改

变电池的材料，得以提升电池的容量，又或者是加强电池的工作电压，当然两者

兼得是最好的结果。

5.2负极发展

硅材料被认为是未来负极材料中碳的替代品，为什么这样说呢？首先硅负极

材料储锂机理与石墨负极材料不同，其可以与理元素合成多种合金相，其中最

高的含锂合金相是Li22Si5,其理论比容量高达4200mAh/g,大约是石墨负极的

10倍，同时，硅负极材料具有较低的脱嵌锂电位，在充电时可以