摘要：在電動(dòng)汽車的發(fā)展歷程中，續(xù)航里程一直是人們最為看重的指標(biāo)，這需要它的動(dòng)力來源─鋰離子電池具備很高的能量密度，但這是否是制約電動(dòng)汽車在我國普及的唯一因素?本文就此問題進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

　　由于國家政策的大力支持，新能源汽車行業(yè)在我國發(fā)展迅猛。近年來隨著電動(dòng)汽車的續(xù)航里程不斷增加，越來越多的人將目光從傳統(tǒng)的燃油汽車轉(zhuǎn)移到純電動(dòng)汽車上，每當(dāng)一款新的電動(dòng)汽車上市，廠商重點(diǎn)宣傳的是其續(xù)航里程，同時(shí)這也是消費(fèi)者極其看重的指標(biāo)。為什么人們對(duì)電動(dòng)汽車的續(xù)航能力如此關(guān)注?主要原因有以下兩點(diǎn)：

　　(1)充電設(shè)施不完善：許多購買電動(dòng)汽車的家庭都不具備安裝私人充電設(shè)施的條件，而對(duì)于公共充電設(shè)施，雖然國家加大了建設(shè)力度，但其密度遠(yuǎn)無法達(dá)到傳統(tǒng)加油站的程度，因此人們?cè)隈{駛電動(dòng)汽車時(shí)常常要為尋找充電設(shè)施而耗費(fèi)精力。

　　(2)充電所需的時(shí)間成本過高：目前主流的電動(dòng)車慢充到滿電量需要耗費(fèi)6～8小時(shí)，即使是快充到80%電量也需要30分鐘以上，這遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)燃油車加油所需要的時(shí)間，因此人們選擇用電動(dòng)車代替燃油車就意味著要付出更高的時(shí)間成本。

　　由于目前電動(dòng)汽車的續(xù)航里程相比燃油車還有較大的差距，頻繁的充電會(huì)讓以上兩點(diǎn)弊端更加凸顯。這些不利因素的存在阻礙了電動(dòng)汽車的普及，特別是在幅員遼闊、地域發(fā)展不均衡的我國尤為明顯。為此人們希望電動(dòng)車具備更高的續(xù)航里程，因?yàn)檫@樣可以相對(duì)減少為汽車充電的次數(shù)，從而減輕以上不利因素的負(fù)面影響。為了提高電動(dòng)汽車的續(xù)航能力，需要對(duì)其動(dòng)力核心─鋰離子電池進(jìn)行改進(jìn)。由于一輛汽車裝載電池的能力有限，只有提高單體電池的能量密度，才有可能顯著增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。因此我國在《中國制造2025》中明確提出：到2020年，我國動(dòng)力電池要達(dá)到能量密度300瓦時(shí)每千克以上。為了達(dá)到此目標(biāo)，許多企業(yè)已經(jīng)開始著手對(duì)鋰離子電池的組成材料進(jìn)行更新?lián)Q代，例如用高比容量的高鎳、富鋰正極、硅碳負(fù)極材料，代替原有的三元、磷酸鐵鋰正極、石墨負(fù)極材料。但是為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車在我國的普及，僅僅追求鋰離子電池的能量密度是不夠的，在滿足能量密度需求的同時(shí)以下幾個(gè)方面仍必須注意：

　　倍率性能。鋰離子電池的充放電倍率決定了其作為儲(chǔ)能裝置存儲(chǔ)和釋放能量的速度，這直接影響了電動(dòng)汽車的動(dòng)力以及充電所需的時(shí)間。如果電動(dòng)汽車的充電時(shí)間能夠與傳統(tǒng)燃油車的加油時(shí)間處于同等水平，必將加快電動(dòng)車的普及速度，因此倍率性能的提高顯得尤為重要。決定鋰離子電池倍率性能的因素有很多，如正負(fù)極材料的電導(dǎo)率，鋰離子在正極、負(fù)極和電解質(zhì)中的擴(kuò)散速率，電池內(nèi)部的接觸電阻等。以目前市場(chǎng)主流的三元正極-石墨負(fù)極鋰離子電池為例，在充電過程中，鋰離子從正極由內(nèi)向外擴(kuò)散脫出，隨后在電解液中形成溶劑化的鋰離子并遷移到負(fù)極表面，在去溶劑化后嵌入到負(fù)極中形成Li_xC_n化合物。在此過程中，鋰離子在石墨負(fù)極中的擴(kuò)散速率相對(duì)較慢，在大電流充電時(shí)鋰離子容易在負(fù)極表面還原成金屬鋰并形成鋰枝晶，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部短路并引發(fā)惡性事故，這是當(dāng)前制約鋰離子電池充電速度的主要原因。因此，在鋰離子電池更新?lián)Q代時(shí)，選用的高能量密度材料也需具備良好的倍率性能。

　　安全性能。近年來隨著鋰離子電池的相關(guān)產(chǎn)品大量進(jìn)入人們的生活，與之相關(guān)的事故報(bào)道也逐漸增多。而電動(dòng)汽車需要裝載大量鋰離子電池作為動(dòng)力來源，其安全問題也受到了人們的重點(diǎn)關(guān)注。鋰離子電池作為能量的載體，在工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這在大電流充放電時(shí)更為嚴(yán)重。熱量的持續(xù)累積會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部的溫度過高，由此引發(fā)的內(nèi)部材料分解是造成鋰離子電池安全事故的主要原因。例如常用的三元正極材料，在發(fā)生熱分解時(shí)會(huì)釋放大量熱量和氧氣，這會(huì)促進(jìn)電池在熱失控時(shí)的燃燒。目前為了增加三元鋰電池的能量密度，需要提高正極材料鎳元素比例，但這也會(huì)進(jìn)一步降低材料的熱穩(wěn)定性。因此在提升材料能量密度的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)保證其安全性，因?yàn)榘踩[患的增加也會(huì)阻礙它的應(yīng)用。

　　循環(huán)性能。循環(huán)性能直接關(guān)系到鋰離子電池的使用壽命。使用壽命的縮短意味著更換電池頻率的增加，這變相地提高了電池使用成本，也為使用者帶來了許多不便。反復(fù)地對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充放電會(huì)在某種程度上破壞電池的正負(fù)極材料，并且電極與電解液之間副反應(yīng)的累積也會(huì)在電極表面形成較厚的惰性層，這些都會(huì)阻礙鋰離子在充放電時(shí)的擴(kuò)散行為，進(jìn)而導(dǎo)致電池能量密度的衰減。目前高容量的正極材料(如高鎳三元材料、富鋰材料)和負(fù)極材料(如硅/碳復(fù)合材料)，它們相對(duì)不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其循環(huán)性能不夠理想，這一點(diǎn)還需要繼續(xù)改進(jìn)。

　　高低溫性能。由于鋰離子電池的性能與溫度關(guān)系密切。在較低的溫度下，鋰離子擴(kuò)散速率的減慢會(huì)導(dǎo)致電池的容量和倍率性能下降，同時(shí)負(fù)極的析鋰問題更加突出。而較高的工作溫度會(huì)加快電池中不利的副反應(yīng)，進(jìn)而降低電池的循環(huán)性能和安全性能。由于我國南北跨度很大，使用條件的差異也應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)高能量密度鋰離子電池的時(shí)候予以考慮。

　　傳統(tǒng)燃油車逐漸被新能源汽車所代替是汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前為了加速電動(dòng)汽車在我國的普及，僅僅提高鋰離子電池的能量密度是不夠的，電池的其它性能指標(biāo)(如倍率、安全、循環(huán)、高低溫性能等)同樣很重要。除此以外，還需要繼續(xù)降低鋰離子電池的制造成本，并對(duì)基礎(chǔ)充電設(shè)施進(jìn)行完善。