電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
新能源汽車動力鋰離子電池系統開發涉及材料、化學、機械、熱力學、傳熱學、流體力學、電學、系統與控制多個學科，其關鍵技術包括電池包配技術、熱管理技術、電能管理技術和安全管理技術等。車用動力鋰離子電池系統技術己成為電動車走向普及的瓶頸，要從材料開發、電池設計、加工制造、系統集成、商業模式等多方面進行探索和沖破。
1、新能源汽車動力鋰離子電池的分類
新能源汽車動力鋰離子電池可以分為蓄電池和燃料動力電池兩大類，蓄電池用于純電動車(EV)，混合動力電動車(HEV)及插電式混合動力電動車(pHEV);燃料動力電池專用于燃料動力電池汽車(FCV)。
1.1蓄電池
蓄電池在純電動車中是驅動系統唯一動力源，緊要有鎳鎘、鎳氫和鋰電池等。目前，鋰電池處于高速發展階段，在諸如日產Leaf、豐田普銳斯plug-in、特斯拉ModelS、通用Volt、福特FocusEV以及寶馬i3等新能源汽車上都采用鋰電池。此外，鋰資源較為豐富，價格也不貴，可以說鋰電池是蓄電池中目前最被市場看好的動力鋰離子電池。4類蓄電池的性能比較見圖1。
1.2燃料動力電池
燃料動力電池是燃料與氧化劑通過電極反應將其化學能筆直轉化為電能的裝置。燃料動力電池不要充電，具有比能量高、使用壽命長、維護工作量少以及能繼續大功率供電等優勢。另外，燃料動力電池汽車可達到與燃油汽車相同的續駛里程。
依據電解質的不同，燃料動力電池可分為堿性燃料動力電池、磷酸燃料動力電池、質子交換膜燃料動力電池、溶融碳酸鹽燃料動力電池和固體氧化物燃料動力電池5類。目前，質子交換膜燃料動力電池在燃料動力電池汽車中的使用較多，是將來新能源汽車動力鋰離子電池范疇極具競爭力的電池類型。
2、新能源動力鋰離子電池產業技術概況
由于不同類型新能源汽車中，車用動力鋰離子電池的使用方式有較大差別，因此關于其性能要求有較大差別。HEV有汽油發動機作為動力來源，更強調加速性能和爬坡能力，因此更重視電池的比功率(要求高達800一1200W/kg);pHEV和EV完全以電池作為動力，更強調充電后的續駛能力，因而更關注電池的比能量(要求達到100一160Wh/kg)(見表1)。
由于各自性能、材料、成本等存在顯著差異，因此不同類型動力鋰離子電池的使用前景不同。目前技術最成熟的是鎳氫動力鋰離子電池，但商業化最成功的是鋰電池，燃料動力電池則被廣泛視作遠期目標。
當前，動力鋰離子電池類別中上升最快的是鋰電池。2012年以來，鋰電池行業保持高速上升并加快了對傳統電池的替代。業內預計，鋰電池的上升速度仍舊能保持年均近25%且成本會不斷下降。
近幾年來，燃料動力電池技術也己取得了重大進展。豐田、現代研發的燃料動力電池車也己處于上市的前夜。在國內，上汽集團的燃料動力電池車處于領先地位。2010年上海世博會期間該車型被用作貴賓接待用車。2011年，在德國柏林舉辦的第十一屆必比登挑戰賽上，上汽集團在燃料動力電池汽車組拉力賽中位列總分第三，僅次于豐田和奧迪。
目前，國內外燃料動力電池的技術現狀見表2。
截止2014年十二月，各大車企的燃料動力電池車尚處于實驗驗證狀態，惟有豐田FCV一款燃料動力電池產品宣布量產上市。下文將以市場上發展較快的鋰動力鋰離子電池為例，對其產業化現狀進行分解。
2.1新能源汽車動力鋰離子電池主流:鋰電池
在現有的新能源汽車動力鋰離子電池中，鋰電池加工成本相對較低，重復充電利用非常方便，相比其他可攜帶能源具有更高的成本優點。因此，這類電池成為了目前最受歡迎的動力源(見表3)。
2.2鋰離子動力鋰離子電池產業現狀
目前鋰電池的緊要加工國是日本、韓國和我國。其中，日本和韓國占全球動力鋰離子電池市場近70%，緊要是因為其專業分工明確，行政壁壘較少，整車廠和系統集成商的系統集成能力遠高于我國純電動車加工商。
近年來，我國新能源汽車中使用鋰電池比例不斷升高，鋰電池市場空間廣闊。按照新能源汽車發展規劃路線，2015年國內純電動車銷量達到50萬輛，混合動力占全部汽車銷量的30%;2020年，純電動車將沖破500萬輛，以混合動力為代表的節能汽車達到全部汽車銷量的75%。
2.3鋰離子動力鋰離子電池技術發展趨勢
鋰離子動力鋰離子電池緊要由正極材料、負極材料、電解液和電池隔膜4部分組成(見表4)。
當前正在使用和開發的鋰電池正極材料緊要包括鈷酸鋰、鎳鈷酸鋰、鎳錳鈷三元材料，尖晶石型的錳酸鋰，橄欖石型的磷酸鐵鋰等。依據正極材料分類發展鋰離子動力鋰離子電池路線緊要有3條:改性錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰。目前鈷酸鋰仍舊是小型鋰電范疇正極材料的主力，緊要用于傳統3C(Computer，Communication和ConsumerE-lectronic)范疇等;三元材料和錳酸鋰緊要用于電動工具、電動自行車和電動車等范疇，在日本與韓國其作為動力鋰離子電池的技術較成熟;磷酸鐵鋰緊要在國內的動力鋰離子電池范疇使用，另外還用于基站和數據中心儲能、家庭儲能、風光電儲能等范疇。
鋰電池產品技術的發展將呈現如下趨勢。
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