電動(dòng)汽車用鋰離子電池技術(shù)的國(guó)內(nèi)外進(jìn)展簡(jiǎn)析摘要：蓄電池及其管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。在以往幾年中，大部分企業(yè)在電動(dòng)汽車研制中曾遭遇尷尬，主要是因?yàn)椴捎昧算U酸、鎳鎘、鎳氫電池（Ni-MH）等。現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)研制與實(shí)驗(yàn)比較，采用能量密度更高的鋰離子電池取代鉛和鎳氫電池，運(yùn)用于汽車領(lǐng)域正成為一項(xiàng)核心技術(shù)，它具有重量輕、儲(chǔ)能大、功率大、無(wú)污染、也無(wú)二次污染、壽命長(zhǎng)、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬泛，是電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)小轎車、電動(dòng)大貨車等較為理想的車用蓄電池。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴、安全性較差。不過(guò)現(xiàn)在已有技術(shù)開(kāi)發(fā)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。作者：祝毓

一、電動(dòng)汽車電池技術(shù)獲得突破性發(fā)展

蓄電池及其管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。在以往幾年中，大部分企業(yè)在電動(dòng)汽車研制中曾遭遇尷尬，主要是因?yàn)椴捎昧算U酸、鎳鎘、鎳氫電池（Ni-MH）等。現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)研制與實(shí)驗(yàn)比較，采用能量密度更高的鋰離子電池取代鉛和鎳氫電池，運(yùn)用于汽車領(lǐng)域正成為一項(xiàng)核心技術(shù)，它具有重量輕、儲(chǔ)能大、功率大、無(wú)污染、也無(wú)二次污染、壽命長(zhǎng)、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬泛，是電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)小轎車、電動(dòng)大貨車等較為理想的車用蓄電池。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴、安全性較差。不過(guò)現(xiàn)在已有技術(shù)開(kāi)發(fā)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(diǎn)對(duì)比

鉛酸鎳-鎘鎳氫鋰離子傳統(tǒng)型鋰聚合物鉛酸質(zhì)量能量密度；體積能量密度；工作溫度范圍；目放電率；可靠性質(zhì)量能量密度；體積能量密度；目放電率質(zhì)量能量密度；體積能量密度；電壓輸出；目放電率質(zhì)量能量密度；體積能量密度；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；目放電率鎳-鎘更好的可循環(huán)性；電壓輸出；價(jià)格質(zhì)量能量密度；體積能量密度質(zhì)量能量密度；體積能量密度；電壓輸出；目放電率質(zhì)量能量密度；體積能量密度；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；目放電率鎳氫更好的可循環(huán)性；電壓輸出；價(jià)格工作溫度范圍；更好的可循環(huán)性；目放電率；可靠性質(zhì)量能量密度；體積能量密度；工作溫度范圍；目放電率；電壓輸出質(zhì)量能量密度；體積能量密度；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；目放電率鋰離子傳統(tǒng)型更好的可循環(huán)性；安全；價(jià)格工作溫度范圍；更好的可循環(huán)性；價(jià)格；安全；可重復(fù)循環(huán)價(jià)格；安全；目放電率；重復(fù)循環(huán)質(zhì)量能量密度；體積能量密度；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；安全；價(jià)格鋰聚合物更好的可循環(huán)性工作溫度范圍；更好的可循環(huán)性；價(jià)格體積能量密度；更好的可循環(huán)性；價(jià)格工作溫度范圍；更好的可循環(huán)性絕對(duì)優(yōu)勢(shì)更好的可循環(huán)性；價(jià)格工作溫度范圍；價(jià)格體積能量密度質(zhì)量能量密度；體積能量密度；目放電率；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)質(zhì)量能量密度；體積能量密度；目放電率；電壓輸出；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

表：EV蓄電池關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)與美國(guó)先進(jìn)蓄電池協(xié)作體公布指標(biāo)比較

比能量a(W/h/kg)比功率密度a(Wh/l)比功率b((W/kg)循環(huán)壽命b參考價(jià)格d(US$/kWh)閥控鉛酸30-4560-90200-300400-600150鎳-鎘40-6080-110150-350600-1200300鎳鋅60-65120-130150-300600-1200200-350鋅/空氣230269105NAc90-120鋁/空氣190-250190-2007-16NAcNA鈉/硫100150200800250-450鈉/氯化鎳11014915010001-230-350鋰聚合物155220315600NA鋰離子90-130140-200250-450800-1200>200USABC2003004001000<100

注：NA-數(shù)據(jù)不詳、a-C/3放電率、b-80%DOD、c-機(jī)械重充電、d-僅供參考、USABC-美國(guó)先進(jìn)蓄電池協(xié)作體。

資料來(lái)源：陳清泉、孫立清，電動(dòng)汽車的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，科技導(dǎo)報(bào)，2005年4月，第23卷第4期

二、鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化動(dòng)態(tài)

隨著成本的急劇降低和性能的大幅度提高，已有許多汽車生產(chǎn)廠家開(kāi)始投入使用鋰離子電池。下表是主要鋰離子電池廠商研發(fā)與生產(chǎn)概要。截至2006年10月為止，全球主要國(guó)家已有20余家車廠進(jìn)行鋰離子電池研發(fā)。如富士重工與NEC合作開(kāi)發(fā)廉價(jià)的單體（Cell）錳系鋰離子電池（即錳酸鋰電池），具有高安全性、低制造成本特點(diǎn)，在車載環(huán)境下的壽命高達(dá)12年、10萬(wàn)公里，與純電動(dòng)汽車的整車壽命相當(dāng)。東芝開(kāi)發(fā)的可急速充電鋰離子蓄電池組，除了小型、大容量的特點(diǎn)之外，采用了能使納米級(jí)微粒均一化固定技術(shù)，可使鋰離子均勻地吸附在蓄電池負(fù)極上，能在一分鐘之內(nèi)充電至其容量的80%，再經(jīng)6分鐘便可充滿電。美國(guó)的主要電池廠JohnsonControls針對(duì)電動(dòng)車需求特性的鋰離子電池于2005年9月在威斯康星州Milwaukee設(shè)立研發(fā)地點(diǎn)，2006年1月另出資50%與法國(guó)電池廠Saft共同成立JohnsonControls－SaftAdvancedpowerSoluTIon（JCS）。JCS于2006年8月承接了美國(guó)能源部(DOE)所主導(dǎo)2年USABC(UnitedStatesAdvancedBatteryConsorTIum)純電動(dòng)車鋰離子電池研發(fā)計(jì)劃合約，另外亦與車廠簽約提供高功率鋰離子電池。

表：主要鋰離子電池廠商研發(fā)與生產(chǎn)概要

電池廠商產(chǎn)品概要DegussaAG/Enax2005年6月，德國(guó)Degussa與日本Enax分別各出資50%在中國(guó)成立DegussaEnax（Anqiu）powerLionTechnology公司，生產(chǎn)鋰離子電池電極與銷售，該廠同時(shí)生產(chǎn)電動(dòng)車用鋰離子電池電極，并供應(yīng)至中國(guó)與歐美日等國(guó)。JohnsonControls－SaftAdvancedpowerSoluTIon（JCS）JCS是JohnsonControls與Saft于2006年1月合并的公司，Saft于1995年開(kāi)始研發(fā)電動(dòng)車鋰離子電池，JohnsonControls于威斯康星州的Milwaukee設(shè)廠生產(chǎn)專為電動(dòng)車設(shè)計(jì)的鋰離子電池，2005年開(kāi)始提供美國(guó)車廠鋰離子電池試作品。NECLamilionEnergy2006年3月提供適合電動(dòng)車用錳系鋰離子電池，車載電池壽命為2,700W/kg（25℃、10秒、SVOC50%），具高輸出特性，達(dá)成10年15萬(wàn)公里等效距離運(yùn)行測(cè)試，已有20余家車廠擁有研發(fā)實(shí)績(jī)。Sanyo電機(jī)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(dòng)車試用，預(yù)定2007年量產(chǎn)。panasonicEVEnergy2005年10月Toyota對(duì)panasonicEVEnergy出資從40%提高至60%，已將其納入子公司，預(yù)定于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(jìn)行實(shí)用化性能評(píng)估與量產(chǎn)驗(yàn)證。GSYuasa？2004年3月，開(kāi)始銷售電動(dòng)車與不斷電系統(tǒng)鋰離子電池E-onEX25A（cell）與EX25A-7（模塊）。HitachiVehicleEnergy,Ltd.）日立VehicleEnergy公司系于2004年6月，由新神戶電機(jī)43.7%、日立36.7%、日立macell19.6%組成，專門生產(chǎn)電動(dòng)車用錳系鋰離子電池。2005年6月研發(fā)小型、低成本之鋰離子電池控制模塊試作品（48cell），鋰離子電池配合新開(kāi)發(fā)的控制裝置較傳統(tǒng)成本降低12.5%，精簡(jiǎn)空間10%。Litcel（日本）2006年開(kāi)發(fā)電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)用Li-ionB4-40鋰離子電池組（pack），裝置于三菱Colt-EV車上進(jìn)行實(shí)證測(cè)試，充電一次續(xù)航距離為150km，2010年時(shí)目標(biāo)為240km。

資料來(lái)源：FOURIN（2006/11）；臺(tái)灣工研院IEK（2007/1）

我國(guó)在鋰離子電池方面的研究水平，有多項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)了USABC提出的2010年長(zhǎng)期指標(biāo)所規(guī)定的目標(biāo)，已能自主開(kāi)發(fā)出用量在50~80公斤以下，可適用于電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電油混合動(dòng)力車、油電混合動(dòng)力電動(dòng)車，行駛距離在80公里以內(nèi)的小型、輕型供上下班使用的家用電動(dòng)小轎車的鋰離子蓄電池，并有足夠好的安全行駛性能。從1997年開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)的蘇州星恒作為國(guó)家鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目基地，其研發(fā)的動(dòng)力電池組已通過(guò)美國(guó)UL和歐盟獨(dú)立組織ExtraEnergy的測(cè)試認(rèn)證，并在蘇州建成第一條動(dòng)力鋰離子電池的生產(chǎn)線并順利試產(chǎn)，目前已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

三、蓄電池技術(shù)還需繼續(xù)進(jìn)一步發(fā)展

目前，鋰離子電池應(yīng)用于電動(dòng)車的課題，有電池壽命機(jī)理（高功率電池老化特征、老化電池診斷、老化電池電化學(xué)模型、電池壽命預(yù)測(cè)方法開(kāi)發(fā)）、電池的低溫性能表現(xiàn)（低溫性能特點(diǎn)、低溫電解質(zhì)模型、低溫性能模擬）、容許偏差、過(guò)熱偏差、過(guò)負(fù)載偏差、檢查診斷與降低電池成本（材料篩選與開(kāi)發(fā)、低成本制造）等。而長(zhǎng)期探索研究主要集中在系統(tǒng)與材料兩方面。

一方面，各企業(yè)所公布的大部分純電動(dòng)汽車蓄電池實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)，如加速性能、充電時(shí)間、持續(xù)里程數(shù)等，還須在復(fù)雜的外部環(huán)境實(shí)際運(yùn)行下，進(jìn)一步驗(yàn)證其可靠性，以及生產(chǎn)批量化質(zhì)量控制。另一方面，在我國(guó)鋰離子電池生產(chǎn)中，鋰離子電池所需隔膜材料未能有實(shí)質(zhì)性的突破，全部依靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴，占到動(dòng)力電池成本的30%以上。如果在這一材料上實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)，即可大幅度降低成本。

此外，有專家認(rèn)為，從20世紀(jì)90年代初各國(guó)研究成功的電動(dòng)汽車來(lái)看，雖然蓄電池的比能量比現(xiàn)在的新型電池要小，但是各種電動(dòng)汽車測(cè)試達(dá)到的各項(xiàng)性能指標(biāo)，對(duì)一般的使用者來(lái)說(shuō)，也是可以滿足的。當(dāng)時(shí)實(shí)現(xiàn)不了電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的主要原因，在于蓄電池的使用壽命太短。純電動(dòng)汽車所使用的蓄電池組成本一般要占新車造價(jià)的二分之一，如果需要購(gòu)車人在幾年之內(nèi)即更換蓄電池組，就意味著高額的使用成本。現(xiàn)在，第二代純電動(dòng)汽車蓄電池比能量已經(jīng)有了很大的提高，生產(chǎn)蓄電池的材料與蓄電池的結(jié)構(gòu)也取得了很大的進(jìn)步，但是其使用壽命并未獲得重大的突破。即使加速性能完全能達(dá)到或超過(guò)今天燃油車的最高水平，蓄電池充一次電的行駛里程能超過(guò)燃油車目前加一箱油的行駛里程，由于蓄電池壽命限制而造成的高額使用成本也將成為其商業(yè)化的一大瓶頸。