蓄电池发展.doc

蓄电池是电动汽车发展的瓶颈,世界各国都在研发可满足整车要求的、可靠性高的蓄电池。蓄电池的主要性能(能量密度、功率密度、循环寿命、温度特性、安全性)影响着蓄电池的发展。目前应用于电动汽车(混合动力汽车、纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车)的蓄电池主要有铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池。铅酸蓄电池由于能量密度、功率密度、循环寿命低且有污染,只在低速电动车上应用,而其它场合都已不采用。镍氢蓄电池技术成熟,已批量应用于大规模示范运行的混合动力轿车和混合动力客车上。目前,镍氢蓄电池单体电池的能量密度只有50~90Wh/kg,功率密度为400~ 1300W/kg,循环寿命只有500~800次左右,主要用在混合动力轿车和混合动力客车上。国外如丰田普锐斯混合动力汽车、本田Insight混合动力汽车等及国内很多混合动力汽车也都采用镍氢蓄电池。但由于其能量密度、功率密度、循环寿命等性能仍然不能长期满足电动汽车,主要是纯电动汽车和混合动力汽车的要求。相比较而言,锂离子蓄电池在能量密度、功率密度和循环寿命等方面具有突出的优势,随着技术的逐渐发展,锂离子蓄电池逐渐在取代镍氢蓄电池,成为电动汽车用动力蓄电池的主流。
锂离子蓄电池是通过涂布在电极上的活性材料存储和释放锂离子,即通过锂离子在电极活性材料上的脱嵌来存储电能。锂离子动力蓄电池分为单体电池、模块和系统等三个层次,将若干个锂离子蓄电池的单体电池组合成带有监测电路、电气和通讯接口及通风散热功能的蓄电池管理系统(或称蓄电池包)。动力蓄电池模块可由上百个单体电池串联及并联而成。串联的目的是提高蓄电池模块总电压,并联的目的是提高蓄电池模块容量。模块化动力蓄电池便于维修、更换、租赁和回收处理。
车用锂离子蓄电池按正极材料的不同,目前批量应用的主要有锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锂和镍钴铝多元材料。国家科技部863“十一五”节能与新能源汽车专题中将力神和比克(磷酸铁锂离子蓄电池)、苏州星恒和中信国安盟固利(锰酸锂锂离子蓄电池)作为重点支持的锂离子蓄电池企业。目前混合动力汽车用高功率型锰酸锂锂离子蓄电池单体电池的功率密度达到2500W/kg(用HPPC方法测试),能量密度达到100Wh/kg。纯电动汽车用高能量型磷酸铁锂锂离子蓄电池单体电池能量密度107Wh/kg、功率密度663W/kg(力神);高能量型锰酸锂锂离子蓄电池单体电池能量密度120Wh/kg、功率密度500W/kg(中信国安盟固利)。
为使纯电动汽车和混合动力汽车在其动力蓄电池每次充满电后,能与同级内燃机汽车每次注满油后可续驶同样距离,则纯电动汽车所用动力蓄电池的能量密度应达到500~ 700Wh/kg,1 kg汽油中所包含的能量比1kg蓄电池存储的能量高50~100倍。而目前,日产聆风(Leaf)电动车采用先进的叠层式全固态电解质的锰酸锂锂离子蓄电池单体电池能量密度为140Wh/kg,与500~ 700Wh/kg相差4~5倍。目前锂离子蓄电池(单体电池)循环寿命只有2000(锰酸锂)~3000(磷酸铁锂)次,要达到5000次及12年以上使用寿命差距较大。且目前徨锂离子蓄电池重量重,价格贵。三菱i-MiEV电动车蓄电池包重量200kg,曰产聆风电动车蓄电池包重量170kg,而我国纯电动车蓄电池重量约250kg左右,蓄电池价格约占整车价格1/2左右。博世公司与韩国