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目前，能源危機和環(huán)境安全是全世界面臨的共同問題[1]，我國交通燃油消費總量占社會燃油消費總量的50%以上，但石油對外依存度約占65%，這使得我國能源隱患更為凸顯。隨著歐洲多國陸續(xù)發(fā)布禁售燃油車時間表，我國也制定出明確的禁售燃油車時間，這加快了車企轉型做新能源電動汽車的節(jié)奏。

電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。按照車載電源的不同可分為純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車3大類[2]。

動力電源是電動汽車的心臟，電動汽車的核心競爭力就是動力電池性能的優(yōu)勢。綜合電動汽車加速、爬坡及續(xù)駛里程等動力性能與使用情況[3]，對動力電池的容量、比能量、比功率、循環(huán)壽命和充放電倍率等技術參數(shù)[4]提出了較高要求，這就為動力電池發(fā)展指明了方向。

1 鉛酸蓄電池

作為第1代電動汽車使用的動力電源，自1859年Plante發(fā)明鉛酸電池至今已有140多年歷史[5]。除在燃油汽車中做起動電源外，由于其安全耐用、價格低廉和大電流放電性能良好，曾在被發(fā)明后的一個世紀里作為電動汽車動力電源的首選方案。在試驗過程中，不斷對結構、工藝、材料等技術方面的改進，使得該電池性能得到了大幅度提升。

鉛酸電池單體可用電壓范圍1.5～2.4 V，常以12 V、24 V和36 V不同組合，靈活進行PACK組裝，適用于不同電壓平臺的電動汽車上。但實際應用中，也暴露出來一些缺點。例如，國內生產的幸福使者電動車，動力電源就采用該款電池，其最高車速為50 km/h，最大爬坡度為20%，一次充電后續(xù)駛里程只有80 km，雖基本滿足城市小范圍內代步需求，但大范圍推廣卻因續(xù)駛里程短受到限制。

鉛酸電池能量密度偏小，質量比能量在35～45 Wh/kg內，不僅因增加動力電池自重且還導致整車自重過大，造成部分電能消耗在車輛自重方面，大大降低整車運行效率。同時，也為電動汽車整車輕量化設計增加難度。在無形中增加了電池充電次數(shù)，頻繁充電不僅會降低電池使用壽命，還縮短車輛一次充電后的續(xù)駛里程，增加維護、更換電池頻率及車輛整體維護費用。更為嚴重的問題是，鉛酸電池在生產和報廢處理過程中，有可能產生鉛污染[6]。

2 鎳基蓄電池

作為第2代動力電池的鎳基蓄電池屬堿性電池，其中包含鎳鎘、鎳氫、鎳鋅等鎳金屬氫化物電池。

20世紀80年代初，鎳基蓄電池才用于電動汽車上。雖然，電池單體可用電壓范圍在1.2～1.45 V，但在比功率、比能量及循環(huán)壽命比鉛酸蓄電池更具有優(yōu)勢。

鎳鎘蓄電池比能量是鉛酸蓄電池的1.6倍，達到55 Wh/kg，不僅有利于減輕整車自身重量，而且提升電動汽車一次充電后續(xù)航里程，也能在5C、10C大倍率情況下9 min內釋放80%容量，有利于電動汽車起動[7]和加速。鎳氫電池充放電次數(shù)可達500次以上，大大提升電動汽車動力電池使用年限。

此類蓄電池的價格大概是鉛酸蓄電池5倍，但存在記憶效應[8]，電池在幾次低容量下的充放電之后，如要進行一次較大容量的充放電，電池將無法正常工作。此類蓄電池還存有一個弊端——材料中含重金屬鎘，一旦泄露就產生生態(tài)污染，且在《汽車禁用物質要求》中明確指出禁用鎘或其化合物。故此，世界范圍內很多發(fā)達國家都已對鎳鎘蓄電池的生產進行限制，在我國也基本淘汰鎳鎘電池作為電動汽車動力電池。

鎳氫蓄電池[9]是在鎳鎘電池基礎上發(fā)展起來的，因此許多基本特性與鎳鎘電池相似，且不存在重金屬污染問題，是一種環(huán)保型鎳金屬電池，被稱為“綠色電池”。

鎳氫蓄電池比功率在160～500 W/k g內，比能量55～70 Wh/kg，循環(huán)次數(shù)已破1000次，可以承受4C充電及8C放電。鎳氫蓄電池性能穩(wěn)定、質量比功率、體積比功率及電池循環(huán)次數(shù)達美國先進電池聯(lián)合會（USA BC）性能指標，豐田公司于1997年推出RAV4-EV純電動汽車就是使用288V鎳氫蓄電池搭建電壓平臺，最高時速可達125 km/h，續(xù)駛里程為220 km，滿足顧客基本使用需求。

但是，鎳氫蓄電池在實際生產和應用中，存在價格高、每月自放電大[10]、均一性較差問題，尤其在高倍率及電池容量上的差距較大，實際性能和實際需求間仍有一定差異，這些問題都會在電池實際應用中起到阻礙作用。

3 鋰離子電池

鋰離子電池是上世紀90年代發(fā)展起來的容量較高的可充電電池，不存在記憶效應也無環(huán)境污染。最關鍵的是該類型蓄電池單體可用電壓范圍提升到3.6～4.2 V，是鉛酸蓄電池和鎳基蓄電池的3倍以上，很大程度上方便電動汽車高電壓平臺的搭建。其比能量高于鎳基蓄電池，可達120～150 Wh/kg，明顯優(yōu)于鎳基蓄電池。目前，鋰離子電池已是世界范圍內各國家能量儲存技術研究領域當中的熱點[11]。

根據(jù)正極材料的不同，鋰離子電池可分為錳酸鋰鋰離子電池、磷酸鐵鋰鋰離子電池、鈷酸鋰離子電池和三元材料鋰離子電池?！吨袊履茉雌噭恿﹄姵禺a業(yè)發(fā)展報告（2017）》中數(shù)據(jù)表明，目前，磷酸鐵鋰鋰離子電池以140 Wh/kg能量密度、安全性能好、能夠在15 min可以完成80%的快充電優(yōu)勢，多用于在上市的純電動汽車中，同時，在純電動客車上也得到了廣泛的應用。但是，磷酸鐵鋰鋰離子電池導電性差、能量密度偏低這限制了電動汽車續(xù)駛里程。三元電池的能量密度卻高于磷酸鐵鋰電池23%～46%，既提高了電動汽車續(xù)駛里程又方便車輛輕量化設計。

鋰離子電池實際應用中暴露的缺點是，在充電電量及儲存溫度不同情況下，容量會呈現(xiàn)一種逐步下降趨勢。另一缺點是，大電流放電性能比較差，實際表現(xiàn)為汽車爬坡中出現(xiàn)動力不足。

4 燃料電池

自“燃料之父”Willian Robert Grove發(fā)表了“氣體電池”的原始模型，就為燃料電池的誕生奠定了理論基礎。20世紀70年代以后，制氫技術得到很大提升，氫燃料電池才被應用于發(fā)電和汽車領域中[12]。燃料電池作為電動汽車的動力電源是在20世紀90年代初期，由于環(huán)保性好、響應速度、快效率高、起動快等優(yōu)點，引起新能源電動汽車研究人員高度重視。

燃料電池是一種將燃料和氧化劑的化學能通過電極反應直接轉化成電能的裝置，只產生熱和水，不會造成環(huán)境污染。電動汽車在啟動、運行中，燃料電池不會產生機械振動，所以運行平穩(wěn)性得到大幅度提升。在實際運行中，基本上不會產生任何太大聲響，只有55 dB接近人類日常說話聲音。按其電解質不同，可分為磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、堿性燃料電池、質子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池，無論在電動轎車還是電動公交車上，均能看到燃料電池身影。

我國的燃料電池電車發(fā)展較晚，2001年，通用汽車開發(fā)的“氫動三號”燃料電動汽車就是使用的質子交換膜燃料電池，最大輸出功率為60 kW，最高時速達130 km/h，一次加氫后續(xù)駛里程達270 km，百公里加速時間為13 s。2003年亮相的同濟大學研發(fā)的“超越一號”——我國第一輛燃料電池動力樣車，最高時速105.8 km/h，續(xù)航里程231 km，從0～80 km/h加速時間為15.4 s[13]。

然而，氫燃料電動汽車壽命短，車輛只能運行2500 h左右就需更換電池；電池成本高，電催化劑、質子交換膜關鍵材料依托進口；與之配套的加氫站較少。

我國在加快新能源汽車發(fā)展的同時，各大車企都要秉著以減少汽車對生活環(huán)境的污染、減輕汽車產業(yè)對自然的污染為前提，再基于客戶需求采用電動汽車動力電池類型。

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