随着新能源汽车的迅猛发展，动力电池的重要性也日益凸显。作为新能源汽车的三大核心组成部分之一，电池、电机和电控系统共同驱动着车辆的运行。而在这三者之中，动力电池无疑是最为关键的一环，堪称新能源汽车的“心脏”。
那么，作为支撑新能源汽车动力源的核心组件，动力电池主要分为哪些类型呢？特点是什么？代表企业又有哪些？今天这篇文章，让我们一探究竟。
动力电池的定义及分类
动力电池是为电动汽车、高尔夫球车等提供动力的蓄电池。动力电池模块由一个个电芯“打包”组成。动力电池主要分为电池包、模组、电芯。
1、电池包电池包一般是由电池模组、热管理系统、电池管理系统（BMS）、电气系统及结构件组成。
2、模组电池模组可以理解为锂离子电芯经串并联方式组合，加装单体电池监控与管理装置后形成的电芯与pack的中间产品。其结构必须对电芯起到支撑、固定和保护作用。其基本组成包括：模组控制(常说的BMS从板)，电池单体，导电连接件，塑料框架，冷板，冷却管道，两端的压板以及一套将这些构件组合到一起的紧固件。其中两端的压板除了起到聚拢单体电芯，提供一定压力的作用以外，往往还将模组在电池包中的固定结构设计在上面。
模组的设计是为了方便BMS进行电芯管理，提高电池安全性，便于维护维修。就像一个国家需要分成若干省份为了方便统治治理的道理一样。模组组成如下图：
3、电芯电芯主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。主要工作原理是靠锂离子的在正极和负极之间的迁移实现充电和放电。充电过程需要外界能量，即电网电能，相当于把电网的电能储存在电池中；放电过程可自发完成，这个过程将储存的能量释放出来。
动力电池按电池制造材料划分，可分为铅酸动力电池、镍氢动力电池、锂离子动力电池，另外动力电池还包括燃料电池。目前电动汽车使用比较广泛的是磷酸铁锂动力电池、三元锂动力电池。锂离子电池广泛应用于消费电子产品、军用产品、航空产品等。
1、铅酸动力电池
铅酸电池（VRLA）是一种经典的蓄电池，电极由铅及其氧化物构成，电解液则是硫酸溶液。在充满电时，正极以二氧化铅为主，负极则为铅；放电过程中，正负极主要转变为硫酸铅。单格铅酸电池的标称电压为2.0V，能够放电至1.5V，并可充电至2.4V。通常，将六个单格电池串联构成12V的电池组，此外还有24V、36V、48V等规格。铅酸电池作为一种成熟技术，因其成本较低且能够提供高倍率放电，仍然是大批量生产电动车电池的主要选择之一。
2、镍氢动力电池
镍镉电池（NiCd），是一种流行的蓄电池，使用氢氧化镍（NiOH）和金属镉（Cd）作为电化学材料。尽管镍镉电池的性能优于铅酸电池，但由于其含有重金属，废弃后对环境造成污染。镍镉电池可以重复充放电500次以上，经济且耐用。其内阻较小，支持快速充电，并能为负载提供大电流，放电时电压变化也极小，因此是一种理想的直流供电电池。镍镉电池还具有抗过充电和过放电的优势。相比之下，镍氢电池（NiMH）则更环保，它由氢离子和金属镍合成，电量储备比镍镉电池高出约30%，重量更轻，寿命更长。但由于其成本较高，价格也比镍镉电池更昂贵。
3、锂离子动力电池
锂电池是一类以锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池可分为两种主要类型：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含金属态的锂，且可以充电。
锂金属电池通常以二氧化锰为正极材料，金属锂或其合金为负极材料，并采用非水电解质溶液。锂电池的主要材料包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液。其中，常见的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料（镍钴锰聚合物）。正极材料在电池性能和成本中占据重要地位，其性能直接影响电池的整体表现，而成本则决定了电池的价格。负极材料主要以天然石墨和人造石墨为主，但也在探索其他材料，如氮化物、PAS、锡基氧化物、锡合金、纳米材料等。负极材料在提升电池容量和循环性能方面起着关键作用，是锂电池产业链中的核心环节。
4、燃料电池
燃料电池（Fuel Cell）是一种电化学能量转换装置，通过非燃烧的化学反应将氢气和氧气的化学能持续转换为电能。其工作原理是在阳极催化剂作用下，氢气（H2）被氧化成氢离子（H+）和电子（e-），氢离子通过质子交换膜到达正极，与氧气（O2）在阴极发生反应生成水，而电子则通过外电路到达阴极，形成电流。尽管燃料电池被称为“电池”，它并非传统意义上的储能设备，而是一种发电设备，这是燃料电池与传统电池的最大区别。
动力电池的工作原理
动力电池采用化学反应来储存和释放电能。其中，最常见的类型是锂离子电池，它使用锂离子在正负极之间的氧化还原反应来存储电能。当电池充电时，锂离子从正极（通常是氧化物）转移到负极（通常是石墨）。而在放电过程中，锂离子则从负极迁移到正极，释放出储存的电能，驱动电动汽车前进。
具体工作原理：
以放电过程为例，先看外电路，放电的时候电流从正极往正负极跑，因为电流方向和电子方向相反，所以电子从负极往负正极跑。
再看内部：首先，锂是由负极的活性颗粒往外跑，跑到固液相界面（活性颗粒是固体，它外面充斥着电解液（液相），所以称交界处为固液相界面），到了固液相界面会发生一个化学反应，锂会失去一个电子变成锂离子，然后锂离子和电子一起到了电解液里面，锂离子是可以正常穿过隔膜，而电子穿不过，所以电子只能从集流体通过外电路往正极走。
锂离子穿过隔膜到达正极，电子通过外电路也到达正极，两者到达正极后，在正极的固液相界面处再次相遇发生化学反映，锂离子得到一个电子后生成活性锂，活性锂在正极颗粒由外向内扩散。
在持续放电的过程中，就是锂不断得从负极颗粒往外扩散，到达界面处失去一个电子，电子从外电路到正极，离子穿过隔膜到正极，两者在正极颗粒固液相界面处再发生反应，锂离子得到这个电子，得到电子后生成的活性锂再往颗粒里扩散。充电过程也是同样的，只不过方向相反。
动力电池的特点
动力电池作为新能源汽车最关键的部件之一，直接影响新能源汽车的续航里程、安全性、使用寿命、充电时间和温度适应性等性能。
动力电池具有多种显著特点，这些特点使其成为新能源汽车、储能设备等领域的首选能源，首先，由于动力电池具有高能量密度，这就意味着其可以存储更多的电能，这些存储好的电能在实际运行时进行合理的充放电控制，从而大大减少了不必要的能源消耗，提供更长久的动力支持。此外，动力电池还具备高功率密度，在短时间内能够输出更高的电能，从而满足加速、爬坡等高功率需求。
动力电池除了具有高能量密度的特点以外，它还具有其宽广的工作温度范围，这些工作温度范围一般控制在-30℃到65℃之间，这使得它们可以在各种极端环境下稳定运行。同时，由于动力电池具有长使用寿命和安全性，这就使企业与用户在经济和安全两大方面得到了相应的保障，这也是为什么动力电池能得到许多领域认可和应用的重要原因。
动力电池的应用领域
1、新能源汽车
在所有应用领域里面，属新能源汽车应用动力电池的程度最深，动力电池早已是新能源汽车的核心部分，且性能已经直接影响到整车的续航里程和充电效率。换句话说，没有动力电池，新能源汽车将无法投入实际运用。动力电池之所有能够受到如此重要地重视，液冷板的作用功不可没，液冷板可以通过与电池表面接触，利用液体流动将电池产生的热量迅速带走，这也就是液冷板的高散热效率。又因液冷板具有高散热效率，从而可以有效防止动力电池过热的现象发生，延长电池的使用寿命。
2、储能系统
动力电池在储能系统中的应用也十分广泛，随着可再生能源的发展，如风能和太阳能等，就需要相应的储能系统来平衡供需。动力电池因其高能量密度和长寿命，可有效助力储能系统进行长时间的使用和有效的充放电。其中，全密封铅酸电池和锂离子电池等都是未来动力电池应用于储能系统的发展方向。
3、移动设备
除了新能源汽车和储能设备以外，动力电池还在无人机、移动通讯等领域得到广泛应用。其高能量密度和轻量化特点使得设备能够以更高的效率运行，并且具有更长的工作时间。例如，无人机依赖于高效能的动力电池以实现长时间的飞行和稳定的性能表现。
4、工业领域
动力电池在工业领域的应用同样不可忽视。它们被用于电动列车、电动自行车、高尔夫球车等交通工具，以及工业搬运机器人、自动叉车和巡逻机器人等设备中。这些应用场景对电池的充放电效率、使用寿命和安全性提出了更高的要求，而动力电池凭借其优良的性能特点，能够更好的满足这些要求。动力电池作为新能源时代中的一颗“璀璨新星”，已经渗透于各行各业，甚至于重工业都需要用承载动力电池的工业机器人来进行流水生产。未来，随着新材料的应用、快速充电技术的不断革新以及高温性能的改进，动力电池将更加耀眼。
动力电池的热失控
需要注意的是，新能源汽车起火的主要因素来源于车辆的动力电池，因为动力电池受到撞击、挤压、过量充电等因素影响，就有可能引发起火，行业术语称为电池热失控。 动力电池的热失控是在使用过程中温度上升的不可控现象。不当的充电行为，在使用的过程中底部的托底、剐蹭，以及长时间泡水等，都可能会触发动力电池热失控的现象产生。正因如此，我国规定，所有国产新能源汽车的动力电池，一旦发生热失控引发的起火，中间间隔时间至少达到5分钟，也就是说，车辆需要确保具备人员安全逃生的条件。
图片来源：中国石油2020年5月，工信部组织制定的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》《电动汽车安全要求》《电动客车安全要求》三项强制性国家标准正式发布，并于2021年1月1日起实施。这三项强制性标准以我国原有推荐性国家标准为基础，与我国牵头制定的联合国电动汽车安全全球技术法规全面接轨，进一步提高和优化了对电动汽车整车和动力电池产品的安全技术要求。 当前，热失控后不起火、不爆炸的技术已经开始应用到新车上，这也是新能源汽车起火概率逐步降低的一个重要原因。而当新标准正式实施后，又再一次全面提升新能源汽车安全性，意味着我国已形成动力电池全生命周期、全产业链的安全保障体系。
动力电池发展趋势
1、 无钴电池
三元锂电池全称为“三元聚合物锂电池”，是指正极材料使用镍钴锰酸锂（NCM）或者镍钴铝酸锂（NCA）的三元正极材料的锂电池，其中主要用于稳定材料层状结构、提高材料循环和倍率性能的钴元素，是三元电池中不可或缺的贵金属。
成本问题一直是新能源汽车市场发展的绊脚石，作为核心成本的“动力电池”一直被寄予希望能够尽快降低成本，三元锂电池在降低钴比例和含量后，会相应地降低整车的成本，钴价波动给企业带来的影响也将被削弱，“忐忑”的企业开始变主动为被动，这将有利于推动新能源汽车市场的发展。
蜂巢无钴电池，图片来源蜂巢能源
2、固态电池
固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。
由于科学界认为锂离子电池已经到达极限，固态电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池。固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液，大大提升锂电池的能量密度。
3、刀片电池
刀片电池是一种全新的设计理念，在采用长电芯的同时，省去了中间模组环节，直接把电芯装到电池系统里面。这样重量和成本都有效下降，这一点和宁德时代的CTP有相似的地方。同时比亚迪电池结构设计借鉴了蜂窝铝板的原理，通过结构胶把电芯固定在两层铝板之间，让电芯本身充当结构件，来增加整个系统的强度。
4、叠片工艺叠片工艺是将正极、负极切成小片与隔离膜叠合成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联起来组成一个大电芯的一种锂离子电芯制造工艺。例如软包锂电池，靠的是“叠”，如“z”字形叠片，先把正负极原料裁切成同样大小的矩形极片，再分别叠到隔膜上，隔膜“Z”字形穿行其间，隔开两极，最后包上铝塑包装。叠片工艺过程繁琐，主要是极片与隔膜裁切成片。但极片分切合格率低，质量（断面、毛刺等）很难保持高度一致性，且对齐精度不够，这块就对制作工艺的质量要求比较高了，这也是叠片电池没有普及的主要原因。
5、CTP/CTC
CTP技术全称为Cell To Pack，通过取消模组设计，直接将电芯集成为电池包，电池包又作为整车结构件的一部分集成到车身地板上。这种方式减少了模组本身的侧板、端板（模组结构件）和原本用于分隔模组以及帮助模组连接的横梁、纵梁（电池包装配支撑结构）等材料，整个电池结构极大简化，利用空间得到释放，同等尺寸的电池包容量得以扩展、电池组质量得以减轻，由此带来电池能量密度的提高和成本的降低。CTP技术现有两种不同的路线。一是彻底取消模组的方案，以比亚迪刀片电池为代表；二是小模组整合为大模组的方案，以宁德时代CTP技术为代表。
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