电车通常使用以下材料和组件来组装电池:
电极材料
- 正极材料
- 三元材料:如镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA),具有较高的能量密度,能使电车获得更长的续航里程。其中,NCM根据镍、钴、锰的比例不同,有NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等多种型号,NCM811因镍含量高,能量密度更高,但稳定性相对略差。NCA也有较高的比容量,特斯拉的部分车型就采用了NCA正极材料的电池。
- 磷酸铁锂:具有安全性高、循环寿命长的优点,其理论循环寿命可达到2000次以上。比亚迪的“刀片电池”就是以磷酸铁锂为正极材料,通过改进电池结构,提高了电池包的空间利用率和能量密度。
- 负极材料
- 石墨类材料:天然石墨和人造石墨是目前最常用的负极材料,具有结晶度高、层状结构好、嵌锂电位低且平台平坦、资源丰富、价格低廉等优点,能够可逆地嵌入和脱出锂离子,为电池的充放电过程提供载体。
- 硅基材料:硅具有极高的理论比容量,是石墨的数倍,但硅在充放电过程中体积变化大,容易导致电极结构破坏,影响电池的循环性能和稳定性。因此,通常会采用硅碳复合材料等技术来改善其性能,以提高电池的整体能量密度。
隔膜
隔膜是电池内部的关键组件,通常由高分子材料制成,如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等。它的主要作用是将正负极分隔开,防止短路,同时允许锂离子通过,保证电池内部的离子传导。一些高性能的隔膜还会采用多层复合结构或进行表面涂覆处理,以提高隔膜的机械强度、热稳定性和化学稳定性,增强电池的安全性和使用寿命。
电解液
电解液在电池中起到传导离子的作用,通常由有机溶剂和锂盐组成。
- 有机溶剂:常用的有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)等,它们具有良好的溶解性和离子导电性,能够为锂离子的传输提供介质。
- 锂盐:六氟磷酸锂(LiPF6)是目前应用最广泛的锂盐,具有较高的离子电导率和较好的电化学稳定性,但它在高温和潮湿环境下容易分解,因此对电池的封装和使用环境有一定要求。
电池外壳及其他配件
- 电池外壳:一般采用金属材料或高强度塑料制成,用于容纳和保护电池内部的电极、隔膜、电解液等组件,同时起到散热和绝缘的作用。金属外壳如铝壳、钢壳等,具有良好的机械强度和散热性能;塑料外壳则具有重量轻、成本低、绝缘性能好等优点。
- 连接片和极柱:连接片用于连接电池内部的各个单体电池,使它们能够串联或并联在一起,形成满足电车电压和容量要求的电池组,通常由铜、铝等金属材料制成,以确保良好的导电性。极柱则是电池与外部电路连接的接口,需要具备良好的导电性和耐腐蚀性。