你不知道的電動車電池那些事兒
根據專家統計，全球電動汽車銷量從2018年的200萬輛上漲至2022年的1，000多萬輛，市場份額從2.5%漲至14%，隨著全球電動汽車市場的蓬勃發展，推動了動力電池市場的發展，全球電動汽車電池裝機量從2017年的59 GWh大幅增長至2022年的518 GWh，年復合增長率高達54%。
全球電氣化大勢所趨，彭博新能源財經（BloombergNEF）預計2023年全球電動汽車銷量預計將再創新高，達到1360萬輛。SNE Research則預計2023年全球電動汽車電池市場將從2022年的518 GWh增長至約749 GWh，再創歷史新高。
按照電池結構以及作用原理動力電池可以分為蓄電池和燃料電池。
一、動力電池
動力蓄電池包括：鋰離子動力蓄電池、金屬氫化物鎳動力蓄電池和超級電容器，不包括鉛酸類蓄電池
經過技術發展以及企業出于對成本的考慮，汽車動力電池中鉛酸蓄電池已經被淘汰，目前主流車企以鋰電池為主，少數車企使用鎳氫電池，例如豐田。
鋰電池的優勢：
1、量密度高：具有相同容量的鋰離子電池重量僅為鎳氫、鎳鎘電池的一半，具有相同容量的鋰離子電池體積要比鎳鎘電池體積小40%-50%，比鎳氫電池體積小20%-30% 2、無污染：不含鉛、鎘等對環境造成污染的物質
3、無記憶效應：充電前無需放電
4、使用壽命長：循環壽命次數超過500次
5、電壓高：單片鋰離子電池電壓為3.6V，相當于3支鎳鎘、鎳氫電池串聯，
6、自放電效應小：室溫下充滿電的鋰離子電池儲存1個月后的自放電率為10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。是繼鎳氫電池之后最受研發機構和汽車廠商青睞的車載電池。
鋰離子電池缺點：安全性差、成本高等
鋰離子電池=正極+隔膜+負極+電解液+外殼
正極=活性物質（Li(Me)O2）+導電劑（超導碳黑）+粘合劑（PVDF）+集流體
負極=活性物質（石墨、Si、Sn合金）+導電劑（超導碳黑）+增稠劑（CMC：羧甲基纖維素鈉）+粘結劑（SBR：丁苯橡膠膠乳）+集流體
隔膜是具有一定孔隙率且電子絕緣的微孔薄膜，用于分離電池正負極，避免正負極接觸而發生短路，主要材料有聚乙烯、聚丙烯。
電解液一般是由非水有機溶劑、鋰鹽以及部分添加劑組成，用于在電池內部正負極之間建立良好的離子導電通道，目前常用的有機溶劑是碳酸乙烯酯，鋰鹽主要是LiPF6。
添加劑按功能可以分為阻燃添加劑、成膜添加劑等，常用材料包括磷酸三甲酯、碳酸亞乙烯酯等。
外殼主要是由鋁、鋁塑膜、不銹鋼等材料構成。
鋰離子充電時，位于陰極的鋰的金屬氧化物Li（Me）O2失去鋰離子和等量電子，而陽極則得到電子和鋰離子形成鋰原子。放電時，陽極的鋰原子分解成鋰離子和電子再分別由原路返回陰極。在實際情況中，由于電子的傳導速度接近光速，當電子到達電極時，鋰離子在電解液中并不能瞬間達到，實際跟隨電子到達電極的是電解液中原本存在的鋰離子，電解液含有鋰鹽，由于電解液總是保持電中性，維持陰陽離子平衡，當一個鋰離子進入電解液時，另一個鋰離子就會離開。
集流體是是正負極材料的載體，即匯集電流的結構或零件，不僅可以承載活性物質，還可以將電極活性物質產生的電流匯集并輸出。
集流體特性：電導率高，化學和電化學穩定、機械強度高、與電極活性物質的兼容性和結合力好，廉價易得，質量輕。故金屬通常被作為集流體材料，目前應用廣泛的銅和鋁，銅由于在較高點位易被氧化所以通常用作石墨、硅、錫以及鈷錫合金等負極活性物質的集流體（Anode）。常見的有銅箔集流體、泡沫銅集流體以及三維銅納米線集流體。
目前隨著市場越來越追求更高的能量密度與更低的成本，銅箔輕薄化大勢所趨，從技術角度上講，鋰電銅箔越薄，電阻則更小，同時相應電池的重量也將減輕，從而提高能量密度以及降低成本。
從近幾年的鋰電銅箔產量來看，6μm及以下產量占比逐漸提升，2020年占鋰電銅箔總產量的37%，從近幾年的企業動作來看，輕薄化已經成為發展的明確方向，寧德時代6μm銅箔應用比例已超過90%，且正加速4.5μm銅箔的導入應用，從2021年的月度用量500~1000噸，且采購量仍在不斷提高。
鋰電銅箔輕量化勢必會造成銅用量的減少，根據產業信息網數據顯示，對于一個容量為50kWh的鋰離子電池來說，8μm、6μm、4.5μm對應的鋰電池能量密度分別為156.63 Wh/kg ? ，161.89 Wh/kg，? 165.6 Wh/kg，銅箔用量分別為41.5kg、31.13kg、24.21kg，可以看到用量（相較8μm）分別下降了25%和42%。按照銅價6.5萬元/噸，銅箔加工費分別為3.5萬/噸、4.5萬/噸和7.5萬/噸來測算，每輛新能源汽車的銅箔成本分別為4150元/噸、3424.3元/噸、3389.4元/噸，成本下降（相較8μm）分別為17.5%和18.3%。
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金田銅帶公司為寧波金田銅業（集團）股份有限公司銅板帶材生產、經營主體，成立于2005年，擁有生產車間約12萬平方米，固定資產超過10億元。 經10多年的發展與沉淀，公司已成為國內先進的銅板帶材加工制造基地，專注于各種高精度銅板帶材的研發與生產，位列中國銅板帶材企業第5名。公司產品有各種高精度錫磷青銅帶、紫銅帶、黃銅帶、引線框架銅帶、銅鎳硅銅帶和鋅白銅帶，符合歐盟ROHS指令要求，主要應用于電子、電氣、通訊、網絡、機械五金、建筑和家電等行業，暢銷國內各省市，遠銷韓國、日本、香港、以及東南亞等國家和地區，已與公牛集團、美的集團、歐普照明等多家知名企業建立了良好的合作關系。
二、燃料電池
燃料電池是一種清潔、高效、可靠、安靜的能源，其通過電化學反應把氫、氧燃料的化學能轉化成電能的電池，和傳統燃油發動機不同的是，反應產物只有水，同時產生電和熱。燃料電池理論上來說并不是電池，而是一種發動機。電池是一種儲能裝置，燃料電池并不儲能而是通過“燃燒”氫氣將化學能轉換成電能，是一種能量轉換裝置，原理上講相當于傳統內燃機。
燃料電池工作原理是氫分子在陽極分解成質子和電子，質子通過質子交換膜到達陰極。電子則被迫穿過電路生成電流和多余的熱量，之后二者在陰極與氧原子反應生成水。每個電池通常產生 0.6~0.7V，通過串聯多個電池，可以生產具有所需電壓的燃料電池組。（豐田Mirai（2022款）燃料電池堆裝載330片電池片）
燃料電池優點：能量密度高，環境適應性廣等
缺點：成本高，其成本從每輛車對于電池能力要求的生產再到基礎設施建設都是鋰電池的幾倍甚至幾十倍。
燃料電池=質子交換膜+催化劑+氣體擴散層+雙極板。
催化劑由納米級Pt顆粒以及大比表面積活性碳構成，由于含有貴金屬Pt，催化劑在燃料電池中的成本占比最高，對于年產能1萬套的生產線來說成本在50%左右。中國工程院院士衣寶廉在中國電動汽車百人會論壇（2019）中提到國際上燃料電池Pt用量在0.2g/kW，國內則達到了0.4g/kW。如果按照每輛汽車燃料電池功率120kW計算，單車用量在24~48g，1g Pt大約200元，則單車僅金屬Pt成本就7000元左右。質子交換膜主要功能是迫使電子走外電路到達陰極，并阻止氫分子、水分子等通過，同時運輸氫離子（質子）至陰極與電子反應構成回路，質子交換膜需要有高質子交換率，低電子導電率和氣體滲透性，化學穩定性好，熱穩定性好等特性，對燃料電池的性能起著非常重要的作用，目前主流材料是全氟磺酸型膜。氣體擴散層主要是為參與反應的氣體和生成的水提供傳輸通道，并支撐催化劑，通常由碳布 /碳網和防水劑聚四氟乙烯構成，具備抗腐蝕，多孔透氣，高導電性以及高疏水性等特點，其成本占電堆4%左右。
雙極板因其具有的有良好的導電性，適宜的親、疏水性，阻氣性以及抗腐蝕性等，在燃料電池中主要有以下幾個作用：
①輸送和分配燃料
②隔離氫氣和氧氣
③連接兩節相鄰單電池。
石墨雙極板主要材料就是石墨，金屬雙極板通常選用鈦合金或不銹鋼，復合雙極板可以分為非金屬基和金屬基，非金屬基主要應用材料包括樹脂、碳纖維等，金屬基則是用合金板作為隔板，碳基材料作為流場，結合了金屬板與碳基板的優點。
燃料電池堆是由燃料電池單體易串聯的方式層疊組合而成，雙極板與膜電極MEA（質子交換膜、催化劑、氣體擴散層）交替疊加，同時嵌入密封件，并在兩端置入集流板以及絕緣板，再經前后端板壓緊后用螺栓緊固。從結構以及材料上看，燃料電池中最有可能用到銅的地方就是集流器，集流器常用材料包括銅、鎳、鍍金的金屬板。根據Strategic Analysis Inc.在2018年對豐田Mirai（2017款）燃料電池堆進行的DFMA成本測算來看，集流器成本為7美元，按照當年LME銅均價6500美元/噸計算，估計用銅量為1.08kg，Mirai（2017款）燃料電池功率為114kW，從燃料電池堆組裝結構看，增加功率只需疊加單片電池即可，當功率變化不大時，可以假設對于集流器銅用量影響不大。
燃料電池汽車的動力系統主要由燃料電池堆、升壓轉換器、動力電池、高壓氫氣罐、電動機、動力控制單元、輔助部件等組成。升壓轉換器可以將不到300V的電壓升至650V，這是由于燃料電池單片電壓較低，通過引入升壓轉換器可以減少燃料電池片堆疊數量，控制燃料電池堆的體積和質量。動力電池常為鋰電池，容量較小，一般在1~2kWh之間，動力電池的作用有兩個，一個是在制動減速時可以回收能量，另一個是需要大功率輸出時配合燃料電池共同驅動電機。儲氫罐類似油箱，儲存氫氣作為燃料，通常工作壓力在70Mpa左右，可以儲存約5~6kg左右的燃料，氫氣的能量密度為33.6kWh/kg，是鋰離子電池材料的10倍以上，燃料電池作為開放系統，其能量密度的實質上取決于儲氫量，未來在儲氫技術不斷發展的情況下，燃料電池的能量密度相比鋰電池有更大的提升空間。
目前全球市場上燃料電池乘用車商業化應用尚處在起步階段，主流上市車型包括豐田Mirai、現代Nexo以及本田Clarity Fuel Cell（本田于2021年6月15日宣布暫停生產），此外還有梅賽德斯奔馳僅租賃給特定用戶的GLC f-Cell。2021年全球主要國家燃料電池汽車銷量達16313輛，同比2020年增長68%，其中韓國銷量8498輛占比52%。從全球燃料電池汽車保有量結構來看主要以乘用車為主，占全球FCEVs的82%。中國與全球結構不同，主要以商用車為主，根據中國汽車工業協會統計，2021年中國燃料電池汽車銷量1556輛，其中商用車占比99.4%。
金田銅業是國內領先的新能源汽車行業銅材供應商，生產銅棒、銅帶、銅排、銅線、電磁線、磁鋼等產品，可為客戶提供一站式采購服務，歡迎來電咨詢：0574-83005999。
