电动汽车用动力电池国内外发展状况及发展趋势

电动汽车用动力电池

国内外发展状况及发展趋势引言

能源短缺和环境污染是目前汽车工业发展面临的两大挑战，随着世界汽车保有量的急剧增长，传统内燃机汽车排放对环境的影响越来越严重。在这样的形势下，电动汽车作为新能源开发的突出代表已经成为取代传统动力汽车，引领汽车行业的新时代的发展方向。而电动汽车电池既是发展电动汽车的核心，更是电力工业与汽车行业的关键结合点。电动汽车以电力驱动，行驶无排放(或低排放)，噪音低，能量转化效率比内燃机汽车高很多，同时电动汽车还具有结构简单、运行费用低等优点，安全性也优于内燃机汽车。但电动汽车目前还存在价格较高、续驶里程较短、动力性能较差等问题，而这些问题都是和蓄电池技术密切相关的，电动汽车实用化的难点仍然在于电池技术，特别是化学电池技术。目前制约电动汽车发展的关键因素是动力蓄电池不理想，所以，电动汽车应用的关键在于对蓄电池的研究。要点:一.电动汽车电池种类，优缺点及应用车型二.电池性能指标分析三.当前电动汽车蓄电池的技术难题四.国内外的主要研究及发展动向一．电动汽车电池种类，优缺点及应用车型1.磷酸铁锂电池：

磷酸铁锂电池指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。优点：安全性能高、寿命长、高温性能好、大容量、无记忆效应、重量轻、环保。缺点：振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低；材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，一致性差。应用车型：比亚迪唐、腾势电动车、东风风神E30、江淮和悦iEV4、通用赛欧Springo、长安逸动纯电动、荣威550Plug-in等。比亚迪唐比亚迪秦的纯电动行驶里程为70km，磷酸铁锂电池组容量为13kWh。比亚迪唐的电池容量肯定会大于13kWh。比亚迪唐的电池采用的是比亚迪拥有自主知识产权的磷酸铁锂电池。与秦把电池组布置在尾箱不同，唐的电池组布置在车身地板下方，这是得益于SUV较高的车身。腾势电动车腾势充分借鉴了比亚迪多年在电动车领域的经验，运用了多项创新技术，以满足消费者的日常需求。该车搭载容量为47.5千瓦时的磷酸锂铁（LFP）电池，续航里程为300公里。

东风风神E30EV

风神E30的动力系统由一台25kW的永磁直流电动机和18kWh的磷酸铁锂电池组成，最大扭矩80N·m，最高时速为每小时80公里。单次充电续航里程为160公里。可以在8小时内充满电，快速充电只要半小时。2.锂电池：

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2，该反应为氧化还原反应，放电。优点：能量密度高、使用寿命长、重量轻、高低温适应性强、绿色环保、额定电压高、具备高功率承受力、自放电率很低、生产基本不消耗水等特点，现在已成为了电动汽车的主流车用电池。缺点：安全性差、不能大电流放电、价格昂贵、生产要求条件高、成本高、使用条件有限制、高低温使用危险大。应用车型：福特福克斯EV、福特C-MAXEnergi、丰田普锐斯、三菱iMiEV、日产聆风、特斯拉ModelS等。丰田全新普锐斯

丰田全新普锐斯将增配体积更小容量更大的锂离子，此外，未来在高配车型上或将配备四轮驱动系统。据悉，新一代丰田普锐斯入门级车型将采用镍氢电池，高端车型将采用锂离子电池，续航里程更长，高配车型还有望搭载四轮驱动系统。钴酸锂电池：TESLA的专属电池

TESLA电动车的电池采用了松下提供的NCA系列（镍钴铝体系）18650钴酸锂电池，单颗电池容量为3100毫安时。TESLA采用了电池组的战略，85kWh的MODELS的电池单元一共运用了8142个18650锂电池，将这些电池以砖、片逐一平均分配最终组成一整个电池包，电池包位于车身底板。

钴酸锂电池具有结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差而且成本非常高，主要用于中小型号电芯，标称电压3.7V。TESLA把这样的电池组合到一起，安全性就成了一个很需要关注的问题，TESLA的工程师在电池包内的保险装置分布到每一节18650钴酸锂电池，每一节18650钴酸锂电池两端均设有保险丝，当电池出现过热或电流过大时，保险丝会切断，以此避免因某个电池出现异常情况（过热或电流过大）时影响到整个电池包。

那么，就此来看，钴酸锂电池虽然本身存在着缺陷，但是在TESLA的工程师的包装上安全性基本上可以忽略。显然，这样的解决方案还是很适合在纯电动汽车上发展。从上面面的表表格里里可以以更加加直观观的比比较几几种用用在电电动车车上的的电池池。钴钴酸锂锂电池池组相相对于于其他他的电电池来来说续续航里里程、、电池池总容容量也也相对对于其其他的的电池池要高高，如如果钴钴酸锂锂电池池的安安全性性再提提高一一点，，那么么其在在电动动汽车车上的的推广广便可可以不不仅在在特斯斯拉上上。电电池技技术目目前仍仍在不不断地地进行行着革革新，，目前前三元元锂电电池的的时代代在慢慢慢到到来（（磷酸酸铁锰锰锂电电池便便是三三元锂锂电池池的一一种））。3.铁电池池：目前国国内外外研究究的铁铁电池池有高高铁和和锂铁铁两种种，目目前还还没有有厂家家宣称称其产产品可可以大大规模模实用用化。。高高铁电电池是是以合合成稳稳定的的高铁铁酸盐盐（K2FeO4、BaFeO4等），可作作为高铁电电池的正极极材料来制制作能量密密度大、体体积小、重重量轻、寿寿命长、无无污染的新新型化学电电池铁电池池。特点：体积小、重重量轻、寿寿命长、无无污染缺点："铁电池"生产过程中中对工艺要要求非常高高，如果把把握不好，，电池肯定定会出现很很多小问题题。并且铁铁电池的价价格也不菲菲，国内生生产的40Ah容量磷酸铁铁锂电池组组成本在3万元到4万元之间，，如果是120Ah的磷酸铁锂锂电池组，，市场价大大约要12万元。应用车型：：比亚迪e6、比亚迪F3DM比亚迪e6比亚迪e6动力电池和和启动电池池均采用比比亚迪自主主研发生产产的ET-POWER铁电池，不不会对环境境造成任何何危害，其其含有的所所有化学物物质均可在在自然界中中被环境以以无害的方方式分解吸吸收，能够够很好地解解决二次回回收等环保保问题，是是绿色环保保的电池。。铁电池池经过高温温、高压、、撞击等试试验测试，，安全性能能非常好，，短路爆炸炸机会不高高。在能量量补充方面面，e6可使用220V民用电源慢慢充，快充充为3C充电，15分钟左右可可充满电池池80%。4.燃料电池：：燃料电池(FuelCell)是一种将存存在于燃料料与氧化剂剂中的化学学能直接转转化为电能能的发电装装置。燃料料和空气分分别送进燃燃料电池，，电就被奇奇妙地生产产出来。它它从外表上上看有正负负极和电解解质等，像像一个蓄电电池，但实实质上它不不能"储电"而是一个"发电厂"。优点：能量转化效效率高；安安装地点灵灵活；负荷荷响应快，，运行质量量高；具有有很强的过过负载能力力等。缺点：燃料电池造造价偏高、、碳氢燃料料无法直接接利用、氢氢气储存技技术受限、、氢燃料基基础建设不不足等。应用车型：丰田FCV丰田FCV丰田从22年前就开始始研发燃料料电池汽车车，直到2002年才把第一一台SUV型的FCV销售出去，，对象还是是日本、美美国的政府府及教育机机构。丰田田FCV氢燃料电池池车有望提提前在今年年年底前正正式开始量量产。借助助氢燃料动动力这款车车型将有着着最高达300英里(约482公里)的续航里程程。5.液态电池：：液体电池由由一将电化化学活性电电极浸泡在在装满电解解液的玻璃璃容器组成成的电池。。大多数电电池，包括括笔记本电电脑和电视视机遥控器器上使用的的电池，都都使用固体体材料如锌锌或钴锂充充当阴极，，石墨充当当阳极，液液体盐溶液液充当电解解质膜。而而此液体电电池则不同同，其阴阳阳和膜都是是液体的，，且都是炽炽热的熔化化的像稀泥泥似的液体体。优点：能量密度高高、稳定耐耐用、充电电速度更快快、更加环环保、可以以维持超过过14000次循环。缺点：成本高。应用车型：：Quant.e-Sportlimousine概念超跑Quant.e-Sportlimousine概念超跑由列支敦士士登能源公公司NanoFlowcellAG开发的Quant.e-Sportlimousine概念超跑动动力系统十十分强劲，，最大功率率680kW，最高350km/h。并且只需需要2.8s就可以从0加速到100km/h，性能远超超特斯拉堪堪比McLarenP1。Quante-Sportlimousine使用NanoFlowcell-AG公司开发的的一种新型型液态电解解质电池。。这种电池池采用盐水水作为存储储能量的介介质。盐水水会通过两两个水箱之之间的隔膜膜形成电荷荷，电力被被储存和分分配给超级级电容器。。它的能量量密度比特特斯拉的锂锂电池大5倍。而且它它更稳定耐耐用，充电电速度更快快、同时也也更加环保保。6.镍镉电池：应用广泛程程度仅次于于铅酸蓄电电池；比能量可达达55W•h／kg，比功率超超过190W／kg；可快速充电电；循环使用寿寿命较长，，是铅酸蓄蓄电池的两两倍多，可可达到2000多次，但价价格为铅酸酸蓄电池的的4－5倍。初期购置成成本虽高，，但由于其其在能量和和使用寿命命方面的优优势，因此此其长期的的实际使用用成本并不不高。使用用中要注意意做好回收收工作，以以免重金属属镉造成环环境污染。。7.镍氢电池：：镍氢蓄电池池不含镉、、铜，不存存在重金属属污染问题题。目前生产电电动汽车镍镍氢蓄电池池的公司主主要是Ovine公司，它现现有80A•h和130A•h两种单元电电池，并由由此构成30kw•h和50kw•h两种规格的的电池。其其比能量达达75-80W•h/kg，比功率达达160－230W／kg，循环使用用寿命超过过600次。这种蓄蓄电池曾装装在几种电电动汽车上上试用，其其中一类车车一次充电电可行驶345km，有一辆车车一年中行行驶了8万多公里。。由于价格较较高，目前前尚未大批批量生产。。估计随着着镍氢蓄电电池技术的的发展，其其比能量可可超过80w•h／kg，循环使用用寿命可超超过2000次，远景价价格可降至至150美元/Kw•h。通用汽车车公司已把把它作为今今后几年电电动汽车优优先考虑蓄蓄电池。8.钠硫电池：：钠硫电池，，是一种以以金属钠为为负极、硫硫为正极、、陶瓷管为为电解质隔隔膜的二次次电池。在在一定的工工作度下，，钠离子透透过电解质质隔膜与硫硫之间发生生的可逆反反应，形成成能量的释释放和储存存。优点：一个是比比能量(即电池单位位质量或单单位体积所所具有的有有效电能量量)高，另一个个是可大电电流、高功功率放电。。缺点：其工作温温度在300-350℃，所以，电电池工作时时需要一定定的加热保保温。二.电池性能指指标分析电池是电动动汽车的动动力源泉，，也是一直直制约电动动汽车发展展的关键因因素。电动动汽车用电电池的主要要性能指标标是比能量量、能量密密度、比功功率、循环环寿命和成成本等。要要使电动汽汽车具有竞竞争力，就就要开发出出比能量高高、比功率率大、使用用寿命长的的高效电池池。各类电池指指标比较：：充电时间：充电技术影响充电站站发展的关关键。一般般而言给车车用动力蓄蓄电池进行行一般充电电需要2h以上，目前的快速速充电技术术可以将充充电时间缩缩短到20min以以内（即在在短时间内内给电池充充60%以以上的电量量），充电模式影影响分析见见表。三．当前电电动汽车蓄蓄电池的技技术难题(1)电池安全性性得不到保保障。目前前中小容量量锂离子电电池的产业业化已经非非常成功，，但大容量量、高功率率锂离子动动力电池的的安全性问问题得不到到有效解决决。而电池池容量愈大大，其一旦旦失控所造造成的危害害就愈大。。(2)电池容量有有限，未能能实现突破破。目前市市场上使用用的电动汽汽车一次充充电后的续续驶里程一一般为100km～300km，并并且且这这还还需需要要保保持持适适当当的的行行驶驶速速度度及及具具有有良良好好的的电电池池调调节节系系统统才才能能得得到到保保证证，，而而绝绝大大多多数数电电动动汽汽车车一一般般行行驶驶环环境境下下续续驶驶里里程程只只有有50km～100km。(3)电池池循循环环寿寿命命短短。。普普通通蓄蓄电电池池充充放放电电次次数数仅仅为为300～400次，，即即使使性性能能良良好好的的蓄蓄电电池池充充放放电电次次数数也也不不过过700～900次，，按按每每年年充充放放电电200次计计算算，，一一个个蓄蓄电电池池的的寿寿命命最最多多为为4年，，与与燃燃油油汽汽车车的的寿寿命命相相比比太太短短。。(4)电池池质质量量和和尺尺寸寸制制约约。。现现有有电电动动汽汽车车电电池池的的外外体体积积一一般般要要达达到到550L。当当把把这这么么大大体体积积的的电电池池用用于于家家庭庭轿轿车车上上时时，，就就必必然然要要挤挤占占轿轿车车的的行行李李厢厢空空间间。。现现有有电电动动汽汽车车所所使使用用的的电电池池都都不不能能在在储储存存足足够够能能量量的的前前提提下下保保持持合合理理的的尺尺寸寸和和质质量量。。(5)电池池价价格格昂昂贵贵。。电电动动汽汽车车蓄蓄电电池池的的价价格格约约为为100美元元/kwh，有有的的甚甚至至高高达达350美元元/kwh，成成本本太太高高，，用用户户难难以以承承受受。。(6)对环环境境的的污污染染严严重重。。目目前前使使用用的的动动力力电电池池主主要要为为铅铅酸酸动动力力电电池池、、镍镍氢氢电电池池、、镍镍镉镉电电池池。。原原料料从从开开采采到到生生产产，，再再到到废废弃弃后后的的处处理理，，都都会会对对环环境境造造成成污污染染。。四．．国国内内外外的的主主要要研研究究及及发发展展动动向向1.发展展重重点点及及目目标标：：(1)近期期：：以以改改进进型型铅铅酸酸和和Cd-Ni电池池为为主主铅酸酸电电池池便便宜宜，，并并在在叉叉车车、、观观光光车车或或者者短短途途公公共共汽汽车车上上作作为为动动力力源源应应用用，，但但新新一一代代铅铅酸酸电电池池的的比比能能量量和和循循环环次次数数仍仍存存在在严严重重的的限限制制。。未未来来使使用用铅铅酸酸电电池池来来驱驱动动在在高高速速公公路路上上行行驶驶的的电电动动汽汽车车是是不不实实际际的的，，但但价价格格优优势势使使其其在在轻轻度度混混合合或或者者短短途途行行驶驶的的电电动动汽汽车车中中仍仍占占一一席席之之地地。。然而而，，有有文文献献指指出出近近期期美美国国的的““下下一一代代电电池池和和电电动动车车””中中有有一一种种超超级级电电池池是是超超级级电电容容器器与与铅铅酸酸电电池池的的并并联联使使用用。。这这种种电电池池具具有有双双电电层层电电容容器器的的高高比比功功率率、、长长寿寿命命以以及及铅铅酸酸电电池池价价格格便便宜宜的的优优势势，，将将具具有有市市场场竞竞争争力力。。(2)中期期：：以以MH-Ni电池池和和Na-S电池池为为主主镍氢电池虽然然具有较高的的比能量和比比功率等优点点；目前，大大量地应用于于混合动力车车，随着锂离离子电池的大大规模生产和和成本的降低低，镍氢电池池终将退出。。镍氢电池是是电动汽车过过渡阶段使用用的电池，但但在近期和中中期仍然是非非常关键的动动力电池之一一。锂硫电池为二二次锂电池，，由单质硫、、金属锂和有有机电解液组组成，具有比比能量高、成成本低、环境境友好的特点点。(3)远期：以Li离子电池和燃燃料电池为主主目前，越来越越多的研究人人员选用锂离离子电池作为为电动汽车的的动力电池，，因为锂离子子动力电池有有以下优点：：工作电压高高（是镍镉电电池氢-镍电池的3倍）；比能量量大（可达165WH/㎏，是氢镍电电池的3倍）；体积小小；质量轻；；循环寿命长长；自放电率率低；无记忆忆效应；无污污染等。如果果采用锂离子子电池，电动动汽车成本难难以降低。据有关资料显显示，全球汽汽车锂电池的的生产企业主主要有二十多多家，而日本本则走在全球球前列，有美美国的A123、江森自控(JohnsonControls)；中国的比亚亚迪、韩国的的LG化学，而仅仅仅日本就有东东芝、日立制制作所、日本本电气(NEC)、GSYuasa、丰田汽车和和松下电器产产业的合并公公司PanasonicEVEnergy等十来家相关关企业。中投顾问产业业研究中心数数据显示，据据目前在混合合电动汽车上上所使用的镍镍氢电池几乎乎大部分是由由日本企业制造的，日本本的丰田公司司与本田公司司主导着与混混合电力汽车车相关的技术术，两家公司司在世界市场场上的占有率率超过85%。以现代汽车公公司与LG化学公司为主主力的韩国企企业从2004年开始的5年以来，作为为第二代电池池成长动力产产业的一环，，在混合电动动汽车用高输输出动力的锂锂电池开发方方面已经投入入了160亿韩元的预算算。另外，去去年韩国知识识经济部决定定在5年内，对内置置型混合电力力汽车用的移移动电池与相相关系统的开开发方面援助助400亿韩元，并在在2013年开始大规模模生产。2.我国电池企业业研发现状：动力电池研发发产品的主要要性能居国际际先进水平，，电池产业基基础雄厚，但但需要解决一一些薄弱环节节。我国动力力电池关键技技术、关键材材料和产品研研发取得重大大进展，与日日本、美国、、德国等国际际先进水平比比较，总体水水平相当，比比亚迪、力神神、雷天等企企业开发出的的镍氢和锂离离子两种类型型、多个系列列的车用动力力电池，能量量密度、功率率密度(能量密度、功功率密度是指指单位重量的的能量和功率率，前者决定定了电动汽车车的续航里程程和重量，后后者决定了汽汽车的动力性性)等主要性能指指标居国际先先进水平。电电催化剂、复复合膜、双极极板等关键材材料也取得重重要进展。主要国产电动动汽车的电池池供应商NO.1惠州比亚迪主要产品是方方形磷酸铁锂锂动力电池，，主要供给比亚亚迪旗下的秦秦、E6、K9等新能源源汽车。NO.2CATL主要从事动力力锂电池、储储能锂电池等等高新技术产产品的研发、、制造和销售售。CATL动力力电池的主要要合作客户是是宇通、宝马马、一汽等。。NO.3力神公司动力电池池的主要合作作客户是天津津公交集团、、宇通、东风风扬子江、一一汽客车、康康迪、江淮汽汽车等。NO.4国轩主要产品是磷磷酸铁锂动力力电池。公司动力电池池的主要合作作客户是安凯凯、江淮、金金龙、申沃、、新大洋等。。NO.5沃特玛国内最早成功功研发磷酸铁铁锂新能源汽汽车动力电池池，并率先实实现规模化生生产和批量应应用的磷酸铁铁锂电池企业业之一