提起电动车电池,大家耳熟能详的无外乎这三种电池:铅酸电池、锂电池以及近几年比较火的石墨烯电池。那么,当新国标正式实施后,未来电动车会选择哪种电池呢?下面来比较一下每种电池的特点和优缺点。

一、铅酸电池

铅酸电池(VRLA),是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下,正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅。充电状态下,正负极的主要成分均为硫酸铅。一个单格铅酸电池的标称电压是2.0V,能放电到1.5V,能充电到2.4V;在应用中,经常用6个单格铅酸电池串联起来组成标称是12V的铅酸电池,还有24V、36V、48V等。铅酸电池主要由管式正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽、电池盖、极柱、注液盖等组成,其电极是由铅和铅的氧化物构成,电解液是硫酸的水溶液。

二、锂电池

锂电池由正极、负极、隔膜、电解液四大材料构成,正极材料一般都是一些富锂的层状化合物,目前常见的商用正极材料主要有钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)以及三元材料(LiMnxCo1-x-yNiyO2)等。负极材料主要为石墨。石墨烯具有极强导电性、超高强度、高韧性、较高导热性能等。人们希望其取代石墨充当电池负极,或者用于锂电池其他关键材料,以期将锂电池的能量密度和功率密度大幅提高。从目前技术发展阶段来看石墨烯电池尚未出现,石墨具有层状结构,这种结构给锂离子的嵌入设置了一个闸口,是锂电池具有充放电平台和高库仑效率的决定因素也是其成为锂电池关键材料的重要因素之一。

与铅酸电池相比,锂电池的平均电压更高,其能量密度高,换言之,同等大小的电池,锂电池容量更多。另外,锂电池相对轻巧,携带方便,而寿命相对要长很多,但是价格更贵,稳定性差。此外,锂电池的高低温适应性更强,受温度影响因素较小,且更加绿色环保。

虽然,锂电车有很多优势,但以目前而言,铅酸电动车为主,其主要的因素是技术的不完善,虽然一些铅酸巨头和电动车巨头都开始研发锂电产品,但是作为一项新涉足的领域,很多企业目前都在不断摸索和探索之中,而初期的产品往往可能无法达到成熟的地步。

、石墨烯电池

所谓的石墨烯电池,可以理解为我们平时说的黑金电池,其是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出的一种新能源电池。作为目前最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。同时,石墨烯聚合材料电池的重量仅为传统电池50%,成本将比锂电池低77%。从性能来看,全石墨烯锂电池充电一次,耗时也不超过10分钟。一般行业都是直接将电极掺杂的石墨烯的石墨基储能材料直接统称为石墨烯电池,并非全石墨烯。

从特点来看,石墨烯电池的综合性能是最好的,但是为什么没有成为主导呢?石墨烯在电池上的应用,主要是和硅结合在电池负极里面代替原来的石墨,这样可以提升电池的整体容量和充电速度,但性能提升效果有限。另一方面虽然目前,很多企业都推出过黑金电池,但是大多在这一领域处于探索的阶段,而其价格又相对较高,所以这也是其得不到重大应用的原因之一。另外,石墨烯污染较为严重,墨烯生产需要用到大量的硫酸,处理也很麻烦。简单来说,第一,价格;第二,技术;第三,处理麻烦。

四、铅酸电池的优缺点

1、主要优点是电压稳定;

2、与锂电池相比,铅酸电池的价格相对便宜,大众更容易接受;

3、铅酸电池的高倍率放电性能更好,铅酸电池回收价格比锂电池更高;

4、与锂电池相比,铅酸电池能量密度更低、比能低,而且其使用寿命不及锂电池

五、锂电池的优缺点

1、能量密度高,其体积能量密度和质量能量密度分别可达450W.h/dm3和150W.h/kg,而且还在不断提高;

2、使用寿命长,100%DOD充放电可达900次以上;当采用浅深度(30%DOD)充放电时,循环次数已经超过了5000次;

3、没有Ni-Cd、Ni-MH电池一样的记忆效应,循环性能优越;

4、与普通电池的相容性差,因为一般要在用3节普通电池(3.6V)的情况下才能用锂离子电池进行替代;

5、成本高,主要是正极材料LiC002的价格高,随着正极技术的不断发展,可以采用LiMn204、LiFeP04等为正极,从而有望大大降低锂离子电池的成本;

6、锂电池安全稳定性相对而言比较差,要是操作不当,很容易发生爆炸的风险。另外,锂电池不能大电流放电且生产要求条件高,成本更高。

六、石墨烯电池的优缺点

1、石墨烯电池是由碳原子组成的单原子层平面薄膜,厚度仅为0.34纳米,是目前世界上已知的最轻薄、最坚硬的纳米材料,透光性好,能折叠;

2、石墨烯是世界上导电性最好的材料,在传统的手机锂电池中加入了石墨烯复合导电粉末,提高了电池的倍率充放电性能和循环寿命;

3、安全稳定,新型石墨烯聚碳电容电池,充满电后用射钉枪打使其短路,任何反应都没有。放在火上烧,也不会发生爆炸;

4、工艺特性不兼容,石墨烯比表面积过大,会对现有锂离子电池的分散均浆等工序带来一大堆工艺问题;

5、市场上的石墨烯电池不是纯石墨烯电池,只是在锂电池的基础上掺杂了一些石墨烯的相关的技术,与传统的锂电池相比,它带来的性能提升也仅仅只有那么一点点,再加上石墨烯的成本十分的高昂,它的制造工艺也非常的高,石墨烯电池的制作工艺仍然不够成熟,目前仅处于实验室阶段的它无法达到量产的地步。

七、石墨烯电池和锂电池哪个更好?

1、石墨烯电池是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的准二维材料。利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出的一种新能源电池,其被认为是未来最具潜力的材料之一;

2、锂电池相比石墨稀电池明显是更加进步的,在动力特性、电容量、充电速度等方面均有着很搭的领先。石墨稀电池可以在更小的体积方面,实现更大的容量,更快的充电速度;

3、单从使用角度而言,石墨烯电池完全能胜任锂电池在电动车中所起的作用,它有着更大的存储容量以及更快的充电速度,并且在高温下也比锂电池更为耐用。因此石墨烯电池作为电动车电池是毫无问题的;

4、目前石墨稀还没达到实用化阶段,离大批量生产还有很长的路要走。锂电池在安全性、续航能力、环境污染以及充电速度方面存在的巨大短板已经开始严重限制了各大高科技产业的发展,因此许多企业研发部门都将目光放到了更先进的石墨烯电池上面,并相信这一新型电池未来将彻底取代已经问世超过26年的锂电池。

总体而言,石墨烯电池虽然在性能方面远胜传统锂电池,但是在电动车电池领域的应用上还是无法取代锂电池的地位。尽管如此石墨烯电池的研发也仍在继续,工艺的简化与材料的优化都是其重点,未来用作电动车电池也可能不是梦想。由此可见,石墨烯电池存在着相当大的潜力,是代替锂离子电池的最好材料。由于锂电池的安全性差和火灾风险,近年来石墨烯电池成为备受期待的火热研究方向。除此之外高安全性能的新型纳米氧化钨锂电池或也成为今后最有发展前途的电池之一。

八、总结

我们再看新国标的出台,其对电动自行车速度、重量等都有明确的规定,这意味着大型铅酸电池将逐渐失去市场,而小型铅酸电池短时间内会迎来一定的发展。但随着环保整顿的推进,铅酸电池还会出现向锂电池过渡的情况,而锂电车必然会迎来一波爆发期。又有人会说了,石墨烯电池呢?虽然石墨烯电池拥有很多铅酸电池和锂电池没有的优点,但是,其想成为主导,其技术必须得到突破性的发展。