電動汽車用鋰離子電池進展簡析
發布時間:2010-05-31
中心議題:
蓄電池及其管理係統是電動汽車的關鍵技術之一。在以往幾年中,大部分企業在電動汽車研製中曾遭遇尷尬,主要是因為采用了鉛酸、鎳鎘、鎳氫電池(Ni-MH)deng。xianzai,jingguoyanzhiyushiyanbijiao,caiyongnengliangmidugenggaodelilizidianchiqudaiqianhenieqingdianchi,yunyongyuqichelingyuzhengchengweiyixianghexinjishu,tajuyouzhongliangqing、儲能大、功率大、無汙染、也無二次汙染、壽命長、自放電係數小、溫度適應範圍寬泛,是電動自行車、電動摩托車、電動小轎車、電動大貨車等較為理想的車用蓄電池。缺點是價格較貴、安全性較差。不過現在已有技術開發錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰等新型材料,大大提高了鋰離子電池的安全性,而且降低了成本。
表:各種EV蓄電池的特點對比

資料來源:陳清泉、孫立清,電動汽車的現狀和發展趨勢,科技導報,2005年4月,第23卷第4期
表:EV蓄電池關鍵技術數據與美國先進蓄電池協作體公布指標比較

注:NA-數據不詳、a-C/3放電率、b-80%DOD、c-機械重充電、d-僅供參考、USABC-美國先進蓄電池協作體。
資料來源:陳清泉、孫立清,電動汽車的現狀和發展趨勢,科技導報,2005年4月,第23卷第4期
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鋰離子電池產業化動態
隨(sui)著(zhe)成(cheng)本(ben)的(de)急(ji)劇(ju)降(jiang)低(di)和(he)性(xing)能(neng)的(de)大(da)幅(fu)度(du)提(ti)高(gao),已(yi)有(you)許(xu)多(duo)汽(qi)車(che)生(sheng)產(chan)廠(chang)家(jia)開(kai)始(shi)投(tou)入(ru)使(shi)用(yong)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)。下(xia)表(biao)是(shi)主(zhu)要(yao)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)廠(chang)商(shang)研(yan)發(fa)與(yu)生(sheng)產(chan)概(gai)要(yao)。截(jie)至(zhi)2006年10月為止,全球主要國家已有20餘家車廠進行鋰離子電池研發。如富士重工與NEC合作開發廉價的單體(Cell)錳係鋰離子電池(即錳酸鋰電池),具有高安全性、低製造成本特點,在車載環境下的壽命高達12年、10萬公裏,與純電動汽車的整車壽命相當。東芝開發的可急速充電鋰離子蓄電池組,除了小型、大容量的特點之外,采用了能使納米級微粒均一化固定技術,可使鋰離子均勻地吸附在蓄電池負極上,能在一分鍾之內充電至其容量的80%,再經6分鍾便可充滿電。美國的主要電池廠JohnsonControls針對電動汽車需求特性的鋰離子電池於2005年9月在威斯康星州Milwaukee設立研發地點,2006年1月另出資50%與法國電池廠Saft共同成立JohnsonControls-SaftAdvancedPowerSolution(JCS)。JCS於2006年8月承接了美國能源部(DOE)所主導2年USABC(UnitedStatesAdvancedBatteryConsortium)純電動車鋰離子電池研發計劃合約,另外亦與車廠簽約提供高功率鋰離子電池。
電池廠商產品概要
DegussaAG/Enax2005年6月,德國Degussa與日本Enax分別各出資50%在中國成立DegussaEnax(Anqiu)PowerLionTechnology公司,生產鋰離子電池電極與銷售,該廠同時生產電動車用鋰離子電池電極,並供應至中國與歐美日等國。
JohnsonControls-SaftAdvancedPowerSolution(JCS)JCS是JohnsonControls與Saft於2006年1月合並的公司,Saft於1995年開始研發電動車鋰離子電池,JohnsonControls於威斯康星州的Milwaukee設廠生產專為電動車設計的鋰離子電池,2005年開始提供美國車廠鋰離子電池試作品。
NECLamilionEnergy2006年3月提供適合電動車用錳係鋰離子電池,車載電池壽命為2,700W/kg(25℃、10秒、SVOC50%),具高輸出特性,達成10年15萬公裏等效距離運行測試,已有20餘家車廠擁有研發實績。
Sanyo電機2006年3月,日本德島工廠提供1,000組用鋰離子電池予車廠電動車試用,預定2007年量產。
PanasonicEVEnergy2005年10月Toyota對PanasonicEVEnergy出資從40%提高至60%,已將其納入子公司,預定於2008年在Prius裝上可具備外部充電功能的鋰離子電池,目前正進行實用化性能評估與量產驗證。
GSYuasa2004年3月,開始銷售電動車與不斷電係統鋰離子電池E-onEX25A(cell)與EX25A-7(模塊)。
HitachiVehicleEnergy,Ltd.)日立VehicleEnergy公司係於2004年6月,由新神戶電機43.7%、日立36.7%、日立macell19.6%組成,專門生產電動車用錳係鋰離子電池。2005年6月研發小型、低成本之鋰離子電池控製模塊試作品(48cell),鋰離子電池配合新開發的控製裝置較傳統成本降低12.5%,精簡空間10%。
Litcel(日本)2006年開發電動車驅動用Li-ionB4-40鋰離子電池組(pack),裝置於三菱Colt-EV車上進行實證測試,充電一次續航距離為150km,2010年時目標為240km。
我國在鋰離子電池方麵的研究水平,有多項指標超過了USABC提出的2010年長期指標所規定的目標,已能自主開發出用量在50~80公斤以下,可適用於電動自行車、電動摩托車、電油混合動力車、油電混合動力電動車,行駛距離在80公裏以內的小型、輕型供上下班使用的家用電動小轎車的鋰離子蓄電池,並有足夠好的安全行駛性能。從1997年開始產業化經驗的蘇州星恒作為國家鋰離子動力電池產業化示範工程項目基地,其研發的動力電池組已通過美國UL和歐盟獨立組織ExtraEnergy的測試認證,並在蘇州建成第一條動力鋰離子電池的生產線並順利試產,目前已實現量產。
蓄電池技術還需繼續進一步發展
目前,鋰離子電池應用於電動車的課題,有電池壽命機理(高功率電池老化特征、老化電池診斷、老化電池電化學模型、電池壽命預測方法開發)、電池的低溫性能表現(低溫性能特點、低溫電解質模型、低溫性能模擬)、容許偏差、過熱偏差、過負載偏差、檢查診斷與降低電池成本(材料篩選與開發、低成本製造)等。而長期探索研究主要集中在係統與材料兩方麵。
一方麵,各企業所公布的大部分純電動汽車蓄電池實驗室測試數據,如加速性能、充電時間、chixulichengshudeng,haixuzaifuzadewaibuhuanjingshijiyunxingxia,jinyibuyanzhengqikekaoxing,yijishengchanpilianghuazhiliangkongzhi。lingyifangmian,zaiwoguolilizidianchishengchanzhong,lilizidianchisuoxugemocailiaoweinengyoushizhixingdetupo,quanbuyikaojinkou,jiageanggui,zhandaodonglidianchichengbende30%以上。如果在這一材料上實現規模化生產技術,即可大幅度降低成本。
此外,有專家認為,從20世紀90年代初各國研究成功的電動汽車來看,雖然蓄電池的比能量比現在的新型電池要小,但是各種電動汽車測試達到的各項性能指標,對一般的使用者來說,也是可以滿足的。當時實shi現xian不bu了le電dian動dong汽qi車che產chan業ye化hua的de主zhu要yao原yuan因yin,在zai於yu蓄xu電dian池chi的de使shi用yong壽shou命ming太tai短duan。純chun電dian動dong汽qi車che所suo使shi用yong的de蓄xu電dian池chi組zu成cheng本ben一yi般ban要yao占zhan新xin車che造zao價jia的de二er分fen之zhi一yi,如ru果guo需xu要yao購gou車che人ren在zai幾ji年nian之zhi內nei即ji更geng換huan蓄xu電dian池chi組zu,就jiu意yi味wei著zhe高gao額e的de使shi用yong成cheng本ben。現xian在zai,第di二er代dai純chun電dian動dong汽qi車che蓄xu電dian池chi比bi能neng量liang已yi經jing有you了le很hen大da的de提ti高gao,生sheng產chan蓄xu電dian池chi的de材cai料liao與yu蓄xu電dian池chi的de結jie構gou也ye取qu得de了le很hen大da的de進jin步bu,但是其使用壽命並未獲得重大的突破。即使加速性能完全能達到或超過今天燃油車的最高水平,蓄電池充一次電的行駛裏程能超過燃油車目前加一箱油的行駛裏程,由於蓄電池壽命限製而造成的高額使用成本也將成為其商業化的一大瓶頸。
- 電動汽車電池突破性發展技術
- 鋰離子電池產業化動態
- 電池廠商及產品概要
- 采用納米級微粒均一化固定技術
- 高安全性、低製造成本錳係鋰離子電池(即錳酸鋰電池
- 新的鋰離子電池隔膜材料
蓄電池及其管理係統是電動汽車的關鍵技術之一。在以往幾年中,大部分企業在電動汽車研製中曾遭遇尷尬,主要是因為采用了鉛酸、鎳鎘、鎳氫電池(Ni-MH)deng。xianzai,jingguoyanzhiyushiyanbijiao,caiyongnengliangmidugenggaodelilizidianchiqudaiqianhenieqingdianchi,yunyongyuqichelingyuzhengchengweiyixianghexinjishu,tajuyouzhongliangqing、儲能大、功率大、無汙染、也無二次汙染、壽命長、自放電係數小、溫度適應範圍寬泛,是電動自行車、電動摩托車、電動小轎車、電動大貨車等較為理想的車用蓄電池。缺點是價格較貴、安全性較差。不過現在已有技術開發錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰等新型材料,大大提高了鋰離子電池的安全性,而且降低了成本。
表:各種EV蓄電池的特點對比

資料來源:陳清泉、孫立清,電動汽車的現狀和發展趨勢,科技導報,2005年4月,第23卷第4期
表:EV蓄電池關鍵技術數據與美國先進蓄電池協作體公布指標比較

注:NA-數據不詳、a-C/3放電率、b-80%DOD、c-機械重充電、d-僅供參考、USABC-美國先進蓄電池協作體。
資料來源:陳清泉、孫立清,電動汽車的現狀和發展趨勢,科技導報,2005年4月,第23卷第4期
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鋰離子電池產業化動態
隨(sui)著(zhe)成(cheng)本(ben)的(de)急(ji)劇(ju)降(jiang)低(di)和(he)性(xing)能(neng)的(de)大(da)幅(fu)度(du)提(ti)高(gao),已(yi)有(you)許(xu)多(duo)汽(qi)車(che)生(sheng)產(chan)廠(chang)家(jia)開(kai)始(shi)投(tou)入(ru)使(shi)用(yong)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)。下(xia)表(biao)是(shi)主(zhu)要(yao)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)廠(chang)商(shang)研(yan)發(fa)與(yu)生(sheng)產(chan)概(gai)要(yao)。截(jie)至(zhi)2006年10月為止,全球主要國家已有20餘家車廠進行鋰離子電池研發。如富士重工與NEC合作開發廉價的單體(Cell)錳係鋰離子電池(即錳酸鋰電池),具有高安全性、低製造成本特點,在車載環境下的壽命高達12年、10萬公裏,與純電動汽車的整車壽命相當。東芝開發的可急速充電鋰離子蓄電池組,除了小型、大容量的特點之外,采用了能使納米級微粒均一化固定技術,可使鋰離子均勻地吸附在蓄電池負極上,能在一分鍾之內充電至其容量的80%,再經6分鍾便可充滿電。美國的主要電池廠JohnsonControls針對電動汽車需求特性的鋰離子電池於2005年9月在威斯康星州Milwaukee設立研發地點,2006年1月另出資50%與法國電池廠Saft共同成立JohnsonControls-SaftAdvancedPowerSolution(JCS)。JCS於2006年8月承接了美國能源部(DOE)所主導2年USABC(UnitedStatesAdvancedBatteryConsortium)純電動車鋰離子電池研發計劃合約,另外亦與車廠簽約提供高功率鋰離子電池。
電池廠商產品概要
DegussaAG/Enax2005年6月,德國Degussa與日本Enax分別各出資50%在中國成立DegussaEnax(Anqiu)PowerLionTechnology公司,生產鋰離子電池電極與銷售,該廠同時生產電動車用鋰離子電池電極,並供應至中國與歐美日等國。
JohnsonControls-SaftAdvancedPowerSolution(JCS)JCS是JohnsonControls與Saft於2006年1月合並的公司,Saft於1995年開始研發電動車鋰離子電池,JohnsonControls於威斯康星州的Milwaukee設廠生產專為電動車設計的鋰離子電池,2005年開始提供美國車廠鋰離子電池試作品。
NECLamilionEnergy2006年3月提供適合電動車用錳係鋰離子電池,車載電池壽命為2,700W/kg(25℃、10秒、SVOC50%),具高輸出特性,達成10年15萬公裏等效距離運行測試,已有20餘家車廠擁有研發實績。
Sanyo電機2006年3月,日本德島工廠提供1,000組用鋰離子電池予車廠電動車試用,預定2007年量產。
PanasonicEVEnergy2005年10月Toyota對PanasonicEVEnergy出資從40%提高至60%,已將其納入子公司,預定於2008年在Prius裝上可具備外部充電功能的鋰離子電池,目前正進行實用化性能評估與量產驗證。
GSYuasa2004年3月,開始銷售電動車與不斷電係統鋰離子電池E-onEX25A(cell)與EX25A-7(模塊)。
HitachiVehicleEnergy,Ltd.)日立VehicleEnergy公司係於2004年6月,由新神戶電機43.7%、日立36.7%、日立macell19.6%組成,專門生產電動車用錳係鋰離子電池。2005年6月研發小型、低成本之鋰離子電池控製模塊試作品(48cell),鋰離子電池配合新開發的控製裝置較傳統成本降低12.5%,精簡空間10%。
Litcel(日本)2006年開發電動車驅動用Li-ionB4-40鋰離子電池組(pack),裝置於三菱Colt-EV車上進行實證測試,充電一次續航距離為150km,2010年時目標為240km。
我國在鋰離子電池方麵的研究水平,有多項指標超過了USABC提出的2010年長期指標所規定的目標,已能自主開發出用量在50~80公斤以下,可適用於電動自行車、電動摩托車、電油混合動力車、油電混合動力電動車,行駛距離在80公裏以內的小型、輕型供上下班使用的家用電動小轎車的鋰離子蓄電池,並有足夠好的安全行駛性能。從1997年開始產業化經驗的蘇州星恒作為國家鋰離子動力電池產業化示範工程項目基地,其研發的動力電池組已通過美國UL和歐盟獨立組織ExtraEnergy的測試認證,並在蘇州建成第一條動力鋰離子電池的生產線並順利試產,目前已實現量產。
蓄電池技術還需繼續進一步發展
目前,鋰離子電池應用於電動車的課題,有電池壽命機理(高功率電池老化特征、老化電池診斷、老化電池電化學模型、電池壽命預測方法開發)、電池的低溫性能表現(低溫性能特點、低溫電解質模型、低溫性能模擬)、容許偏差、過熱偏差、過負載偏差、檢查診斷與降低電池成本(材料篩選與開發、低成本製造)等。而長期探索研究主要集中在係統與材料兩方麵。
一方麵,各企業所公布的大部分純電動汽車蓄電池實驗室測試數據,如加速性能、充電時間、chixulichengshudeng,haixuzaifuzadewaibuhuanjingshijiyunxingxia,jinyibuyanzhengqikekaoxing,yijishengchanpilianghuazhiliangkongzhi。lingyifangmian,zaiwoguolilizidianchishengchanzhong,lilizidianchisuoxugemocailiaoweinengyoushizhixingdetupo,quanbuyikaojinkou,jiageanggui,zhandaodonglidianchichengbende30%以上。如果在這一材料上實現規模化生產技術,即可大幅度降低成本。
此外,有專家認為,從20世紀90年代初各國研究成功的電動汽車來看,雖然蓄電池的比能量比現在的新型電池要小,但是各種電動汽車測試達到的各項性能指標,對一般的使用者來說,也是可以滿足的。當時實shi現xian不bu了le電dian動dong汽qi車che產chan業ye化hua的de主zhu要yao原yuan因yin,在zai於yu蓄xu電dian池chi的de使shi用yong壽shou命ming太tai短duan。純chun電dian動dong汽qi車che所suo使shi用yong的de蓄xu電dian池chi組zu成cheng本ben一yi般ban要yao占zhan新xin車che造zao價jia的de二er分fen之zhi一yi,如ru果guo需xu要yao購gou車che人ren在zai幾ji年nian之zhi內nei即ji更geng換huan蓄xu電dian池chi組zu,就jiu意yi味wei著zhe高gao額e的de使shi用yong成cheng本ben。現xian在zai,第di二er代dai純chun電dian動dong汽qi車che蓄xu電dian池chi比bi能neng量liang已yi經jing有you了le很hen大da的de提ti高gao,生sheng產chan蓄xu電dian池chi的de材cai料liao與yu蓄xu電dian池chi的de結jie構gou也ye取qu得de了le很hen大da的de進jin步bu,但是其使用壽命並未獲得重大的突破。即使加速性能完全能達到或超過今天燃油車的最高水平,蓄電池充一次電的行駛裏程能超過燃油車目前加一箱油的行駛裏程,由於蓄電池壽命限製而造成的高額使用成本也將成為其商業化的一大瓶頸。
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