動(dòng)力鋰離子電池快速發(fā)展 汽車(chē)應(yīng)用要求更高
動(dòng)力鋰離子電池隨著其安全性、性能的提高,成本的降低,愈來(lái)愈顯示出極強(qiáng)的生命力,也將帶給相關(guān)企業(yè)一個(gè)充滿生機(jī)的未來(lái)。
動(dòng)力鋰離子電池起步晚、發(fā)展快
隨著世界石油資源的日益枯竭,及對(duì)于環(huán)境造成的污染,汽車(chē)的動(dòng)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(dòng)著汽車(chē)業(yè)的一次重大技術(shù)革命。其中,以動(dòng)力蓄電池為主要或輔助動(dòng)力源的混合動(dòng)力(HEV)或純電動(dòng)汽車(chē)(EV)是主要發(fā)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(lái),鋰離子蓄電池已成為手機(jī)、筆記本電腦和數(shù)碼電子產(chǎn)品的主導(dǎo)電源。最近,作為新生代產(chǎn)品,動(dòng)力鋰離子電池以其能量密度和功率密度都較大、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電較小以及循環(huán)壽命較長(zhǎng)等特點(diǎn)而漸漸成為車(chē)載動(dòng)力蓄電池的主流選擇之一。當(dāng)前許多知名的汽車(chē)制造商都致力于開(kāi)發(fā)采用鋰離子動(dòng)力電池的電動(dòng)汽車(chē),如美國(guó)福特、克萊斯勒,日本豐田、三菱、日產(chǎn)、韓國(guó)現(xiàn)代、法國(guó)Courreges、Ventury等。
國(guó)外政府及企業(yè)在HEV及EV動(dòng)力鋰離子電池研發(fā)上做出了很大的努力。日本制定了新陽(yáng)光計(jì)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(jīng)營(yíng)權(quán)的同時(shí),投資建設(shè)了自己的動(dòng)力鋰離子蓄電池的生產(chǎn)線,并嘗試把鋰離子蓄電池應(yīng)用于混合動(dòng)力車(chē)。NEDO又于2007年2月公開(kāi)了新的電動(dòng)汽車(chē)用蓄電池開(kāi)發(fā)計(jì)劃。此外,韓國(guó)LG也開(kāi)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(hào)的動(dòng)力電池。美國(guó)能源部(DOE)已支持了三代動(dòng)力鋰離子蓄電池的研發(fā)。法國(guó)SAFT公司研制出兩種規(guī)格的高功率鋰離子電池,比功率分別為l500W/kg及350W/kg。
中國(guó)的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)起步雖晚于日本,但發(fā)展非常快,在動(dòng)力鋰離子電池的研發(fā)上也投入了大量財(cái)力、物力。國(guó)家863計(jì)劃設(shè)立了電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng),中科院物理研究所、北京有色金屬研究院、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所等單位參加了該項(xiàng)目,分別開(kāi)發(fā)了EV和HEV用兩類(lèi)動(dòng)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(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)又對(duì)HEV、PHEV(外接充電式混合動(dòng)力汽車(chē))、FCV(燃料電池車(chē))用動(dòng)力鋰離子電池關(guān)鍵材料和電池的研發(fā)給予大力支持。
車(chē)用要求高于消費(fèi)應(yīng)用
雖然,國(guó)內(nèi)外對(duì)于動(dòng)力鋰離子電池都投入了大量的財(cái)力、物力去研究。但是,動(dòng)力鋰離子電池在新能源汽車(chē)中的使用尚有發(fā)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(huán)境溫度范圍內(nèi)有令人滿意的性能,3.足夠低的成本,4.在車(chē)載工況下,特別是在車(chē)輛事故時(shí)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(fā)展為例,由于車(chē)輛動(dòng)力性的要求以及車(chē)況環(huán)境的復(fù)雜,鋰離子電池面臨著過(guò)充、過(guò)放、高低溫等情況,而可能導(dǎo)致其壽命急劇衰減甚至出現(xiàn)個(gè)別的極端狀況如起火、爆炸等安全隱患。所以對(duì)于動(dòng)力鋰離子電池而言,其安全性的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的手機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)產(chǎn)品中使用的鋰離子電池。最初用來(lái)做正極材料的LiCoO2、Li(NiCo)O2在過(guò)充和高溫狀態(tài)下的安全性存在問(wèn)題,不能滿足車(chē)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(shí)容量衰減較快的性能缺陷;而最近的研發(fā)熱點(diǎn),LiFePO4正極活性材料,雖然在高溫特性、安全性及成本上都優(yōu)于前面幾種。但是,其振實(shí)密度偏低,從而導(dǎo)致其體積比容量較傳統(tǒng)的LiCoO2材料低,制備工藝也比較復(fù)雜。除了正極活性材料的研發(fā)之外,負(fù)極材料、電解液的發(fā)展也有著同樣的問(wèn)題??傊瑒?dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展是一個(gè)系統(tǒng)的工作,要突破面臨的發(fā)展瓶頸,必須在正負(fù)極材料、電解液、隔膜、管理系統(tǒng)的研究以及生產(chǎn)工藝上都有進(jìn)一步的創(chuàng)新。
對(duì)于車(chē)用動(dòng)力電池而言,由于在應(yīng)用中都是串并聯(lián)使用,對(duì)于產(chǎn)品一致性的要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備中的應(yīng)用。因此,在制造工藝上需要有長(zhǎng)足的提高,采用先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備,是車(chē)用動(dòng)力電池的重要特征。
投入車(chē)用領(lǐng)域需謹(jǐn)慎
電池在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用,為電池產(chǎn)業(yè)開(kāi)辟了巨大的發(fā)展空間,為處于產(chǎn)業(yè)鏈上下游的各類(lèi)企業(yè)提供了新的機(jī)遇。對(duì)于電池生產(chǎn)企業(yè),需要保證單體電池的安全性、電性能及一致性的提高,對(duì)于車(chē)載應(yīng)用,還需要有從事鋰離子電池總成及管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的企業(yè)。對(duì)于處于下游的HEV、EV等新能源汽車(chē)的制造企業(yè),更安全、高性能的動(dòng)力鋰離子的運(yùn)用,將使其整車(chē)生產(chǎn)從試制階段步入量產(chǎn),從而真正去推動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的技術(shù)革命,改變?nèi)藗兊纳睢?/p>
需要特別指出的是,汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著巨大的慣性,其發(fā)展和轉(zhuǎn)型速度遠(yuǎn)不及消費(fèi)類(lèi)電子,對(duì)電池的要求也遠(yuǎn)高于消費(fèi)類(lèi)電子,在傳統(tǒng)消費(fèi)類(lèi)電子中贏利的電池制造商并不一定能將其成功的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于汽車(chē)零部件生產(chǎn)中,決心投入車(chē)用動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)的企業(yè)對(duì)此要有充分的思想準(zhǔn)備以及資金及技術(shù)能力上的準(zhǔn)備,千萬(wàn)不要在一些概念的炒作下一哄而上。
總之,動(dòng)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(lái)愈顯示出極強(qiáng)的生命力,也將帶給相關(guān)企業(yè)一個(gè)充滿生機(jī)的未來(lái)。
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