“冬天太冷，我的电动车冻得开不动。”“油门一踩，暖风一开，电池续航里程咔咔往下掉。”“续航200公里，实际只能行驶100公里！太不准确了。”……
寒潮来临，新能源汽车续航出现大幅下滑。锂电池被“速冻”之后续航骤降问题能否解决？未来新能源汽车动力技术会有哪些新趋势？
目前，新能源汽车动力电池基本采用三元锂电池或磷酸铁锂电池，由于电解液对温度较为敏感，粘度会变大，导致锂离子变“懒”，活性下降，造成外电路电子迁移速度不匹配，出现严重极化，充放电容量急剧降低。
为破解这一难题，技术人员“对症下药”，给动力电池裹上一层“电热毯”，通过PTC（热敏电阻）和热泵等技术让电池不受冻。更为关键的是，技术人员正在探索电池技术革新，从根本上消除“里程焦虑”。
不抗冻的“锂”还在修炼
“天气特别冷的那几天，续航有10%到20%的影响。”在广州开网约车已有两年的刘师傅表示受到了寒潮影响。冷空气一来，关于新能源车实际续航里程骤降的热议冲上热搜，北方地区不少纯电车主表示电动车变电“冻”车。
目前，纯电动汽车的动力电池基本采用三元锂电池或磷酸铁锂电池。锂电池处于低温环境下，电解液粘度变大，锂离子的迁移速度变慢，在低温下以较大的电流放电，放出的容量会相对减少。换句话说，电池工作时，电解液是锂离子来回穿梭释放能量的通道，低温造成锂离子通道凝滞不通，无力做功。
更为关键的是正极材料在低温下的表现：研究表明，在-20℃条件下，磷酸铁锂电池的放电容量只能达到常温的67.38％，镍钴锰三元电池则是70.1％，锰酸锂电池83％。
这就能解释许多车主们极力吐槽的一点——为什么实际续航里程比宣传的400公里、500公里少那么多。
当前，动力电池的命名主要是用电池正极材料，包括磷酸铁锂和三元锂电池。现在，我国三元锂电池已经形成多元化技术路线，如NCM523、NCM622、NCM811，其中数字指的就是正极材料镍钴锰比例，镍的含量往往起到最关键的作用，镍含量越大，正极材料活性越强，能量密度越高，实际应用中，搭载NCM811电池的车型对应里程或可接近700公里。
国家新能源汽车创新工程项目专家组组长王秉刚表示，低温环境下新能源车运行的确存在不畅，这是新能源车市场发展必须克服的障碍，目前正在技术上针对性地解决低温问题，长远来看固态电池将是主要发展路径。
穿上“外套”或可解决问题
“锂”的修炼需要时间，从另一个角度看，电池怕冷，就要重视整车和电池的保暖，即整车制热的两大技术：PTC和热泵。
PTC是最直接的用电发热方法，电阻丝或陶瓷等热材料通电后产生热量。不同于燃油车有内燃机废热制暖，纯电车的电机在工作中产生的热量远比不上发动机，“烧电”暖车意味着温控系统也在耗电，对续航的友好度不大。
热泵原理在汽车上也发挥着作用，使用部分电驱能量，将外界热量提取到车内。烧电发热时，获得的热量将小于消耗的电能；热泵技术下，获得的电能是部分电驱发热的热量加上从外界吸收的热量，能效比更高。然而热泵空调并非完美无缺，复杂的结构造成更高成本，以-10℃为分界线，低温同样限制热泵空调的正常工作。
因此，PTC与热泵的结合互补成为整车制热方案的重要思路。比如特斯拉全面向热泵技术转变，最新车型Model Y搭载热泵+PTC组合式空调，解决思路就是在车辆启动温度过低时，首先使用PTC对车辆进行辅助加热，待车辆运转后，依靠电机、电池包等产热部件，热泵空调便可以正常高效为车内供热。
以PTC与热泵的加持类比，用于整车制热的空调技术“缩小”到电池包结构上，就是独立的电池温控系统。统计表明，自2019年下半年以来上市的纯电动汽车大多配备了独立电池温控系统。
在锂电池畏寒问题彻底解决之前，企业通过技术优化克服低温，除了PTC、热泵技术，还有能够实现加热速率每分钟3℃的电机激励加热。以领克公布的最新电池热管理系统为例，其直接式热泵的能效可以达到传统PTC模式的2—3倍，以少量耗电“搬运”热量。
不过当下技术还有进一步改进空间。中国电动汽车百人会副理事长、中国科学院院士欧阳明高建议，PTC加热需要进一步改进，云端控制提前预热，以实现电池热管理系统的能效优化。热泵空调在低温下的效能也需要进一步增强，例如通过补气增焓提升低温效能等。
新技术有望破解“里程焦虑”
有了温控“外套”保驾护航，纯电车的冬天不会太难过，但动力电池本身的进阶突破才能实现纯电车真正的持久耐寒，彻底破解低温焦虑和里程焦虑。
要实现续航革命，提高里程数字，能量密度是决定性指标。现在锂电池方案中负极材料是碳，而硅材料的质量比容量（单位质量放出的电量）超出碳材料十倍。因此，在负极材料中掺入硅能有效提高电池的能量密度，但硅材料也有难以“驯服”之处。
硅在电化学反应中体积变化高达320%，远大于现有的碳材料的12%，在电池包使用进程中，严重的体积变化会造成材料结构的破坏，极大影响电池的安全性。
技术道路上必须追求能量密度和安全可靠的兼顾，谈及硅负极材料新技术的多数企业还未给出切实的安全性证明。而固态电池则是另一个前进的方向。
固态电池与目前主流的传统锂离子电池最大的不同在于电解质：固体电解质替代了传统锂离子电池的电解液和隔膜。而固态电池之所以突然大热，就是因为它在安全性和能量密度上完胜液态锂电池，同时，数据表明，固态电池的理论温区更广，高温低温性能表现优异，能有效防止续航缩水。
中国工程院院士陈立泉指出，锂离子电池以其高能量密度、高效率和低自放电率在电动汽车中占据主导地位，然而，锂离子电池内含有易燃的液体电解质，容易引起安全问题，这阻碍了锂离子电池的广泛应用。“同时它的能量密度已经到了300瓦时/公斤，达到了液态锂离子电池性能极限。”陈立泉建议，新一代电池要发展固态锂电池或者全固态锂电池。
与传统锂电池相比，固态电池最大的区别在于利用固态电解质体系代替了目前的隔膜电解液体系，安全性高，无自燃、爆炸风险，同时能量密度显著高于传统锂电池。陈立泉表示，新一代电池下一步就是要发展固态电池，进而逐渐过渡到全固态锂电池，能量密度可以达到300—450瓦时/公斤。
现阶段，固态电池还面临许多技术障碍。将液态电解液替换成固态，降低了电池的快充性能；电池内部结构在循环过程中物理接触变差，影响使用寿命；制备工艺较液态电池更为复杂……但是高能量密度和安全性是动力电池研发的共同追求，目前各国都在加紧固态电池研发，以期抢占技术高点，推动新能源车行业打破消费者的“里程焦虑”。我国部分企业已进入固态锂离子电池（半固态电池）中试阶段，2025年前或可实现量产。
【记者】 魏泓泉
【统筹】郭小戈
【作者】 魏泓泉；郭小戈
【来源】 南方报业传媒集团南方+客户端
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