汽车行业正处于一场革命之中，这场革命可以说是仅次于 T 型车首次大规模生产的一场革命。全球几乎所有汽车制造商都在宣布和发布电动汽车。尽管距离道路上的大多数车辆都是电动汽车还有很长一段时间，但电动汽车电池技术正在取得巨大的飞跃。
关键精华
- 固态电池是近期最令人期待的技术进步——与传统的锂离子电池相比，它们有望提供更高的能量密度、更快的充电速度和更高的安全性。
- 磷酸铁锂（LFP）电池因其热稳定性和长寿命（即使在较低的能量密度下）而不断扩大市场份额。
- 对于入门级电动汽车和固定式储能而言，钠离子电池正逐渐成为一种成本更低的替代方案，因为在这些应用中，能量密度并非至关重要。
- 电池管理系统 (BMS) 与电池化学技术共同发展，以实时优化充电、热调节和 SoH 跟踪。
- 维修技术人员应跟踪电动汽车电池化学成分的变化，因为诊断程序和安全要求会因电池类型而异。
- Midtronics xEV 诊断工具旨在适应不断发展的电动汽车电池架构，为技术格局转变时的服务店提供支持。
超过半数的潜在购车者表示，里程焦虑是他们购买电动汽车的一大障碍。无论是由于容量限制还是充电时间，在未来十年，研发和集成性能更优的电池都将至关重要。
以下是当前电动汽车电池技术的现状，以及到本世纪末您可能会看到的情况。
锂离子电池
绝大多数电动汽车均采用锂离子电池组制造。这种类型的电池广泛应用于当今市场上最畅销的电动汽车中，并且据称也将用于未来几年推出的车型中。一般来说，与旧技术相比，锂离子电池具有高能量密度且重量轻，而且充电安全。它们的放电率较低，并在整个放电过程中提供一致的能量。
然而，锂离子电池也并非完美无缺。尽管重量还不到铅酸电池的一半，但考虑到远距离需求，它们却相当重。充电速度也相对较快，但仍然比给内燃机汽车加油需要更长的时间。
也许对锂离子技术最普遍的关注是其材料。无论您考虑的是最常见的锂镍锰钴氧化物 (NMC)、锂镍钴铝氧化物 (NCA)、锂锰氧化物 (LMO) 还是磷酸铁锂 (LFP) 设计，它们都使用稀土金属。虽然很难肯定地说，但采购这些稀有且有争议的材料似乎是不可持续的。
对于当今的锂离子电池，每种成分都有优点和缺点。
- NMC 电池的性能、能量和成本比较适中，但其热稳定性低于其他选择。
- NCA 电池往往更昂贵，并且在特定能量和功率方面能产生出色的结果，但它们的波动性更大。
- LMO 电池是目前市场上最具成本效益的电池之一，能量容量一般，但性能和寿命最低。
- LFP电池因其热稳定性、安全性、成本和寿命而占据主导地位，但其比能量和功率低于平均水平。
镍氢电池
对于混合动力汽车而言，镍氢（NiMH）电池技术是最常用的解决方案。自上世纪1990年代末以来，丰田等汽车制造商就一直在混合动力汽车中使用NiMH电池，而近年来双极NiMH电池等技术的进步也使其保持了相当高的市场竞争力。NiMH电池的成本约为同等容量锂离子电池组的一半。
与锂离子技术一样，镍氢电池也使用钴和镧等稀土材料，以及高含量的镍。因此，这些电池也存在很多环境问题。
镍氢电池用于需求较少的应用，这就是混合动力汽车使用镍氢电池的原因。此外，它们具有较高的自放电水平，如果过度充电，可能会损失容量，但可以通过调节充电水平和速率来消除这种情况。较慢的充电速度最适合镍氢电池，这也是长距离纯电动汽车不采用这项技术的原因之一。
固态电池
或许电动汽车领域最有前景的发展方向就是固态电池。它们与锂离子电池非常相似，但不同之处在于，固态电池并非使用液态电解质来传输能量，而是通过能量密度更高的固态材料来实现。汽车制造商正在投入数亿美元研发固态电池，因为这种电池能够大幅缩小电池的尺寸和重量，并提高其稳定性。
由于固态电池的能量密度更高，因此它们的充电时间仅为液体电解质锂离子电池的一小部分。另一个巨大的好处是长寿。锂离子电池在 1,000 次充电循环后会明显退化，而固态电池据说“在 90 次充电循环后仍保持 5,000% 的容量”。
固态电池距离上市还有很长的路要走，特别是在降低生产成本方面。有希望在未来几年内这将成为可能。
硅阳极电池
石墨在电动汽车电池中大量使用，但其容量有限。开发人员正在研究用介孔硅微粒和碳纳米管取代阳极中的石墨的设计。硅的容量大约是石墨的十倍，将其作为电池的关键元素可以极大地提高续航里程和充电时间。
硅阳极电池的最大好处之一是减少对石墨的依赖，取而代之的是从大麦壳灰中精炼的产品。这是降低对稀土矿开采依赖的一步。
无钴电动汽车电池
钴可以说是电动汽车锂离子电池中使用的最具争议的材料，因为刚果的采矿作业最为普遍，钴在电池制造中严重依赖。锂离子电池的未来设计可能会取消阴极中的钴。由于钴非常稀有且成本高昂，消除钴将有助于降低价格，从而提高电动汽车的采用率。
开发人员一直在使用 89% 的镍以及现成的铝和锰作为阴极，而不是钴。据报道，它的能量密度比典型的锂离子电池更高，并且一次充电也可以实现更长的续航里程。
碳纳米管电极
以六角形图案结晶的碳被称为石墨烯，它是单层原子。 NAWA Technologies 的电池开发商已经能够用石墨烯制造碳纳米管，用作电动汽车电池的电极。石墨烯管垂直排列作为电极，并且具有极高的导电性，可用于在未来几年内使用的超快碳电极。
碳纳米管电极的好处是巨大的。除了十倍的能量容量外，它们还可以极快地充电。 NAWA 声称电池只需五分钟即可充电 80%。而且由于石墨烯可以廉价地大规模生产，因此可以大大降低电池成本。
结语
如今的锂离子电池一次充电即可行驶数百英里，并且在电动汽车中可持续使用数年。未来的技术将能够更快地充电并存储更高的能量容量，所有这些都在更轻、更小的电池组中。
常見問題解答
什么是固态电池？它何时才能面世？
固态电池用固态材料取代了传统锂离子电池中的液态电解质，从而提高了能量密度和安全性。多家汽车制造商已宣布计划在2020年代末推出固态电动汽车，但商业化规模生产仍面临挑战。固态电池组的维护协议将与目前的液态电解质电池有所不同。
LFP电池与NMC电池的化学性质有何不同？
磷酸铁锂（LFP）电池的热稳定性更高，循环寿命更长，生产成本更低，但能量密度低于镍锰钴（NMC）电池。LFP电池在入门级电动汽车和商用车中越来越常见。
什么是钠离子电池？
钠离子电池使用钠而非锂作为电荷载体。它们的生产成本更低，更适合寒冷气候，但目前能量密度低于锂电池。钠离子电池正开始出现在低成本电动汽车车型中，主要集中在亚洲市场。
电池化学成分如何影响电动汽车诊断？
不同化学成分的电池具有不同的充电曲线、电压范围和热特性。诊断工具在评估电池健康度 (SoH) 时必须考虑这些差异。像Midtronics xHVS-3000这样的工具专为适用于各种电动汽车电池架构而设计。
未来的电动汽车电池是否需要新的维修流程？
是的。随着固态和其他新型化学技术的引入，技术人员需要更新培训、工具和安全规程。及时了解SAE标准和OEM服务文档是最佳的准备方式。
为了迎接下一代电动汽车电池，商店现在应该做哪些准备？
投资购置适应性强的诊断设备，确保技术人员持有高压认证，并密切关注原厂服务公告，获取针对特定化学成分的指导。Midtronics电动汽车解决方案中心是维修店构建电动汽车服务能力的实用起点。