動力鋰離子電池快速發展 汽車應用要求更高
動力鋰離子電池隨著其安全性、性能的提高,成本的降低,愈來愈顯示出極強的生命力,也將帶給相關企業一個充滿生機的未來。
動力鋰離子電池起步晚、發展快
隨著世界石油資源的日益枯竭,及對于環境造成的污染,汽車的動力源將不得不逐步擺脫石油資源的束縛而采用一些新的能源取代,這直接推動著汽車業的一次重大技術革命。其中,以動力蓄電池為主要或輔助動力源的混合動力(HEV)或純電動汽車(EV)是主要發展方向之一。
自從1991年索尼公司成功地把鋰離子蓄電池商品化以來,鋰離子蓄電池已成為手機、筆記本電腦和數碼電子產品的主導電源。最近,作為新生代產品,動力鋰離子電池以其能量密度和功率密度都較大、無記憶效應、自放電較小以及循環壽命較長等特點而漸漸成為車載動力蓄電池的主流選擇之一。當前許多知名的汽車制造商都致力于開發采用鋰離子動力電池的電動汽車,如美國福特、克萊斯勒,日本豐田、三菱、日產、韓國現代、法國Courreges、Ventury等。
國外政府及企業在HEV及EV動力鋰離子電池研發上做出了很大的努力。日本制定了新陽光計劃,參研公司包括日立、GS-Yuasa和松下。豐田公司在取得HEV用氫鎳電池經營權的同時,投資建設了自己的動力鋰離子蓄電池的生產線,并嘗試把鋰離子蓄電池應用于混合動力車。NEDO又于2007年2月公開了新的電動汽車用蓄電池開發計劃。此外,韓國LG也開始研制大功率聚合物鋰離子電池,目前已推出6Ah-144Wh/kg和10Ah-158Wh/kg兩種型號的動力電池。美國能源部(DOE)已支持了三代動力鋰離子蓄電池的研發。法國SAFT公司研制出兩種規格的高功率鋰離子電池,比功率分別為l500W/kg及350W/kg。
中國的鋰離子電池產業起步雖晚于日本,但發展非???,在動力鋰離子電池的研發上也投入了大量財力、物力。國家863計劃設立了電動汽車重大專項,中科院物理研究所、北京有色金屬研究院、中國電子科技集團公司第十八研究所等單位參加了該項目,分別開發了EV和HEV用兩類動力電池,其中一些單位已采用了安全的錳體系正極活性材料。“十一五”、863電動汽車重大專項又對HEV、PHEV(外接充電式混合動力汽車)、FCV(燃料電池車)用動力鋰離子電池關鍵材料和電池的研發給予大力支持。
車用要求高于消費應用
雖然,國內外對于動力鋰離子電池都投入了大量的財力、物力去研究。但是,動力鋰離子電池在新能源汽車中的使用尚有發展瓶頸,主要在于:1.10到15年的使用壽命,2.能夠在-30℃到50℃環境溫度范圍內有令人滿意的性能,3.足夠低的成本,4.在車載工況下,特別是在車輛事故時電池有足夠好的安全性能。
以鋰離子電池正極活性材料的發展為例,由于車輛動力性的要求以及車況環境的復雜,鋰離子電池面臨著過充、過放、高低溫等情況,而可能導致其壽命急劇衰減甚至出現個別的極端狀況如起火、爆炸等安全隱患。所以對于動力鋰離子電池而言,其安全性的要求遠遠高于普通的手機、筆記本計算機產品中使用的鋰離子電池。最初用來做正極材料的LiCoO2、Li(NiCo)O2在過充和高溫狀態下的安全性存在問題,不能滿足車用。之后研制出的LiMn2O4正極材料,雖然在安全性上有明顯改善,在成本上也低于LiCoO2,但是有高溫時容量衰減較快的性能缺陷;而最近的研發熱點,LiFePO4正極活性材料,雖然在高溫特性、安全性及成本上都優于前面幾種。但是,其振實密度偏低,從而導致其體積比容量較傳統的LiCoO2材料低,制備工藝也比較復雜。除了正極活性材料的研發之外,負極材料、電解液的發展也有著同樣的問題。總之,動力鋰離子電池產業化的發展是一個系統的工作,要突破面臨的發展瓶頸,必須在正負極材料、電解液、隔膜、管理系統的研究以及生產工藝上都有進一步的創新。
對于車用動力電池而言,由于在應用中都是串并聯使用,對于產品一致性的要求要遠遠高于在消費類電子設備中的應用。因此,在制造工藝上需要有長足的提高,采用先進的自動化生產設備,是車用動力電池的重要特征。
投入車用領域需謹慎
電池在新能源汽車中的應用,為電池產業開辟了巨大的發展空間,為處于產業鏈上下游的各類企業提供了新的機遇。對于電池生產企業,需要保證單體電池的安全性、電性能及一致性的提高,對于車載應用,還需要有從事鋰離子電池總成及管理系統設計的企業。對于處于下游的HEV、EV等新能源汽車的制造企業,更安全、高性能的動力鋰離子的運用,將使其整車生產從試制階段步入量產,從而真正去推動汽車行業的技術革命,改變人們的生活。
需要特別指出的是,汽車產業的發展有著巨大的慣性,其發展和轉型速度遠不及消費類電子,對電池的要求也遠高于消費類電子,在傳統消費類電子中贏利的電池制造商并不一定能將其成功的經驗應用于汽車零部件生產中,決心投入車用動力電池開發的企業對此要有充分的思想準備以及資金及技術能力上的準備,千萬不要在一些概念的炒作下一哄而上。
總之,動力鋰離子電池將隨著其安全性、性能的提高,成本的降低,將愈來愈顯示出極強的生命力,也將帶給相關企業一個充滿生機的未來。
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