新能源汽车电池技术存在的问题与对策

刘海鹏

(烟台船舶工业学校，山东烟台 264006)

0 前言

根据我国的相关规定，新能源汽车电池的质保周期至少需要满足8年的使用寿命或者12万公里及以上的行驶里程。随着我国科学技术水平的提升，新能源电池的研发和使用也出现了全新的变革，电池的使用寿命已大幅超过了国家规定的相关标准。近年来，我国正加紧研发更具性价比的电池，并取得显著成效，进一步提升了新能源汽车的发展速度。

1 新能源汽车电池技术研究背景

新能源汽车的主要动力来源是电池。目前，按电池原理划分，可分为化学电池、物理电池及生物电池3种类型。按电池的主要化学材料可划分为以下3种：①磷酸铁锂电池。这类电池的生产成本较低，使用时间较长，目前在售的许多新能源汽车中均使用了该电池，但是该电池的耐低温性能较弱，受区域、季节的影响较大。②三元锂电池。与磷酸铁锂电池相比，这类电池的能量密度较高，电池性能更优，但在高温环境下该电池经常会出现热稳定性较差的情况，当电池温度达到200 ℃以上时，电解液会在短时间内燃烧，甚至会出现爆燃的可能，容易出现安全隐患。③石墨烯电池。这类电池材料的坚固性较好，对使用环境温度的要求并不严格，但是该电池的生产成本极高，目前并非所有种类的新能源汽车都能够使用。总之，随着我国新能源汽车电池技术的不断发展，我国电池技术也随之呈现出快速发展的态势[1]。

近年来，新能源汽车在汽车与能源领域受到了重点关注，新能源汽车的出现逐步改变了消费者选购汽车的标准和消费观念。随着新能源汽车的上市，市场上出现了不同的评价。一部分消费者认为新能源汽车是世界各国保护生态环境、节约资源的产物，能够有效改善城市环境，提升环保力度。还有部分消费者则认为新能源汽车现有的动力水平较低，其运行稳定性较差，且新能源汽车充电时间较长、续航能力较差，使用过程中的养护工作较为复杂，总体驾驶体验不理想；此外，消费者还必须到配装有充电桩的指定地点为新能源汽车充电，但是充电桩在我国一些城市尚未完全普及，这些客观存在的因素都严重影响了新能源汽车电池的推广和使用。在理论上，新能源汽车电池的使用年限为5～7年，但新能源汽车电池的成本约占车辆总成本的80%，因此，消费者更换电池的成本与更换汽车并无较大差异，这也导致了消费者购买新能源汽车的欲望不强。为了进一步推动新能源汽车产业的发展，需要对电池的性能、使用寿命、续航能力等进行深入研究，提升新能源汽车的性价比。

2 新能源汽车电池技术存在的问题

2.1 安全性

结合新能源汽车的配置，对车辆的驾驶性能进行分析。新能源汽车运行的关键因素是行驶能力，其次是运行阶段的稳定性和安全性。在传统新能源汽车的研发与使用阶段，电池是影响其稳定性和安全性的主要因素，也是导致新能源汽车在市场营销中是否可以取得良好市场份额的主要因素。例如，三元锂电池的出现和应用能够有效解决电池潜在的危险，并延长了电池的使用时间，曾受到众多生产企业和技术人员的青睐。虽然该电池具有续航能力强的特点，但其稳定性较弱，在早期上市的搭载了该电池的新能源汽车经常出现安全问题，影响了车辆的正常使用，从而导致众多消费者放弃对电动汽车的选购。因此，新能源汽车的生产企业和技术人员需要进一步加大对新能源电池的研发工作，降低电池在使用过程中存在的风险。

2.2 续航能力

在新能源汽车电池研发过程中，汽车的续航能力始终是重点研究课题之一。宁德时代公司是全球领先的电池供应商之一，该公司研发的“超级电池”具有自我修复功能，且使用寿命较长，能够实现15年以上的“超长待机”，或者能够满足车辆运行2 000 000 km的行驶里程。结合该企业发布的相关信息可知，“超级电池”通过抑制锂电池充放电环节的副反应，延长了电池的使用寿命，并且可与其他的三元锂电池及磷酸铁锂电池通用[2]。这种电池在行业内颇受关注的主要原因是该电池具有自休眠钝化膜技术，在存储阶段电池的活性不断降低；若电池处于休眠状态，其自身的消耗水平将处于极低的状态；而在使用阶段，又可将其激活，进一步加强了正极材料循环和存储阶段的消极反应。该公司在电池研发阶段还采用了低锂耗技术，能够进一步增强电池内部的负极材料活性与表面稳定性之间的协同关系，减少电池内部运行中活性锂消耗，有效延长了电池使用寿命。宁德时代公司运用了负极防电解技术，结合电池的运行方式，对不同生命周期的电池内成膜需求进行计算，增强了电池内部的循环性与存储的功能。可以通过研究宁德时代生产的“超级电池”，对电池的正极、负极、电解液等进行优化，进一步加强电池的稳定性。

2.3 充电速度

现阶段，纯电动新能源汽车的续航能力、总行驶里程问题基本上得到了解决。但是在新能源汽车领域的跨越式发展中，需要将新能源汽车的性能与燃油车进行对比。新能源汽车发展的“痛点”是电池的充电速度。新能源汽车在行驶一段时间后，往往需要花费1～4 h进行充电，与燃油车加满燃油仅消耗3～5 min的时间相比，新能源汽车的劣势较为明显。2019年，中国新能源汽车行业用户满意度指数测评结果显示，纯电动汽车电池故障发生次数约为120次，同比增加了8%[3]。此外，消费者对新能源汽车电池的损耗状况也较为关注，这也是影响消费者评判和选择新能源汽车的主要因素。为解决上述问题，各生产企业在聚焦电池原材料的同时，也积极解决充电时间过长的问题，并加大了“超级快充电池”的研发力度 。例如，广汽新能源汽车公司研发的石墨烯电池，就是基于广汽三维结构石墨烯(3DG)材料的“超级快充电池”。目前该电池已顺利完成了电芯、模组，以及电池包样件的测试，并完成了构建装车大功率工作状态的测试。测试结果表明，此类电池已达到了国家要求的标准，耗时8 min便能够完成80%的电池充电量，与燃油汽车加注燃油的时间差距逐渐缩短。若石墨烯电池可以实现大规模量产，则将促使新能源汽车动力电池产业的巨大变革。

随着新能源汽车技术的不断提升，新能源汽车电池能够满足行驶需求，并能够降低汽车在运行阶段的废气排放。新能源汽车还可以使用清洁能源作为电力来源，为环境保护、资源节约作出贡献。

3 新能源汽车电池技术的发展方向

3.1 改善电池容量性能，提高续航里程

结合目前新能源汽车的使用与销售状况，由于动力电池自身寿命较短，汽车在使用过程中动力水平会呈现下降趋势，而新能源汽车因电机种类不同，所展现出来的动力水平也各有所不同，这也是新能源汽车在市场中销售业绩不佳的主要原因。国内外加大了对新能源汽车电池的研发力度，以促进新能源电池存储能力和续航能力的提升，进一步缩短了与传统发动机的性能差距。目前，电池寿命的研发工作逐步趋向商业化，如果该项工作能够取得较好的成果，将为企业带来良好的经济效益。新研发的新能源汽车电池产品投入实际运用后，可以进一步延长电池的使用周期，降低用户的使用成本，为新能源汽车的发展营造良好的口碑。

针对新能源汽车的电池能量存储、续航里程等问题，需要通过发热材料的热能传递，改变电池的容量进行优化。相关文献指出，当电池的温度较低时，电池的续航能力、稳定性经常出现较大的波动。因此，应当选择耐低温，且具有良好稳定性能的电池材料，确保电池在使用过程中具有较好的安全性[4]。

企业还可以通过废旧电池的循环利用技术，进一步提高动力电池的回收率，增强新能源汽车的保值率，使新能源汽车在市场营销和发展中获得良好的口碑，实现新能源汽车的经济效益和社会效益。

3.2 优化电池装配技术，提高电池生产质量

在新能源汽车电池研发和使用的过程中，优化装配技术是增强电池稳定性的关键。现阶段，需要对传统的工艺形式进行优化，以确保电池装配技术能够稳定和规范发展。例如，我国新能源电池生产企业需要加强与汽车整车生产企业的联系，互相协调、互相完善，强化电池组件的标准化生产技术。新能源电池生产企业也需要进一步加强对电池质量的监管，结合设备运行特点分析电池在运转阶段散热风扇出现的振动等问题，确保电池在使用阶段能够展现出稳定性及流畅性的特征。在新技术运用的过程中，我国企业也应积极与国外企业合作，学习国外先进的生产加工技术，并将其转化为具有中国特色的技术形式，为我国新能源汽车生产和加工提供技术支持。

3.3 加强技术推广，确保电池安全

新能源汽车在我国的发展势头良好。进一步提升电池的性能和质量，加大对新能源汽车电池技术的推广和应用，也将促进我国新能源汽车产业的发展与升级。新能源汽车生产企业在电池研发过程中相互合作，开放一部分电池业务，并借助资源共享的平台优势，能够降低企业在研发和生产阶段的压力[5]，助力行业健康稳定发展，实现产业集群化与规模化的理想效应。例如，传统电池生产的工序有滚压和分切2个部分，在技术升级之后，企业可整合这2个部分的工艺，形成统一的生产模式。在技术创新的大环境下，企业之间互相合作和交流，动力电池的集约化程度不断提高，加快新能源汽车的产业升级，促进新能源汽车领域的常态化、长效化发展。

4 结语

新能源汽车在一定程度上代表了汽车领域的先进水平，汽车电池对汽车的性能、质量具有十分深远的影响。本文分析了新能源汽车电池技术在现阶段存在的问题，提出了针对性的对策，提供给技术人员进行进一步深化研究。同时，对电池性能加以优化，实现良好的使用效果，将助力我国新能源汽车领域的快速发展。