欧盟汽车动力电池发展现状

欧盟汽车动力电池发展现状随着全球能源危机与环境污染的日益加重，电动汽车的发展已成为未来汽车工业发展方向之一。动力电池是电动汽车的关键部件，动力电池高能量密度、高功率、快速充放电要求，高安全性能和高可靠性要求无疑是电动汽车的关键技术要求，也是电动汽车最主要的技术门槛之一。电动汽车的动力电池组是电动汽车的重要组成部分，直接影响着电动汽车的起动、加速、行驶里程等多项性能。因此，对动力电池组进行测试是电动汽车研发的重要环节。动力电池的种类有很多种，在电动汽车上常用的有动力铅酸蓄电池、锂离子蓄电池、锌空气蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池以及燃料电池等，每种电池的原理和结构各不相同，但是作为电动汽车用动力电池，它们的性能都应符合车辆行驶对电池的要求。铅蓄电池铅蓄电池作为储能电源，它具有成本低，性能稳定可靠的优点，但同时也存在着一次充电的行程短、比能量低的问题。它是成熟电动汽车蓄电池，也是目前唯一能大量生产供应的电动汽车电池。一次充电的行程一般约在30-40km，充电时间要4-6h，比能量只有30Wh/Kg，电池重量太大。为此人们一直探索如何改进铅酸电池的性能，开发能量效率更高、稳定性更好，电荷容量更大的新电池。比如：不易渗漏、使用可靠的胶体铅酸电池，它是在硫酸水溶液的电解液中添加Na20Si02，电解液呈胶体状，构成了胶体电解质。胶体的状况会随着温度和电场的作用而变化，当电池放电时，胶体的凝聚性会更明显；温度降低，胶体内部溶液扩散迁移及传导性变差，内电阻增加。它的性能、价格与铅酸电池差不多。由于电解质中有Na2S04存在，在极板硫化过程中，会同时产生硫酸铅、硫酸钠结晶，从而防止了极板生成粗大的硫酸铅结晶体，容易再次充电活化；不易丧失极板的多孔性；还能防止正极板上生出尖锐的硫酸铅突起，避免隔板被刺穿形成极板间短路。从寿命讲，胶体铅酸电池是现在泛用铅酸电池的4倍以上，在30℃-50℃仍能很好工作，且工作性能相当稳定，可谓是比铅酸电池性能有了大幅度提高。尽管如此，出于环境保护的考虑，人们对铅蓄电池的大量使用仍有担忧，如何回收废旧的铅酸电池，避免对于环境的污染，已经成为了当务之急，另外铅蓄电池的循环经济问题和铅再生产业发展问题也变得日益重要。镍镉电池镍镉电池由于环境污染和记忆效应等缺点，目前已没人把它作为电动汽车的候选电池。镍氢蓄电池和镍镉蓄电池一样，属于碱性电池，其特性和镍镉蓄电池相似，不过镍氢蓄电池不存在重金属污染问题。主要优点：相对于其他电池，Ni／MH电池的优异特性表现在以下几点：(1)高比能量(衡量电动车一次充电行驶里程)已与锂离子电池水平相当；(2)高比功率(赋予电动车良好的启动、加速、爬坡性能)；(3)长寿命特性(赋予电池良好的经济性)平均寿命300～600次：(4)安全性能高，无污染物，被誉为‘‘绿色电源”。日本从事电动汽车用Ni／MH电池开发的代表性厂家为松下公司和丰田公司。美国的Ovonic公司和美NUSABC(美国先进电池联合体)也正在积极开发研制Ni／MH电池。中国的Ni／MH电池技术也处于国际先进水平。通过近几年的发展，我国已经成为全球的第一大镍氢电池生产国。从比容量、比功率、安全性、环境友好性等方面来看，MH／Ni电池是最有希望的候选者。根据目前MH／Ni电池的技术发展水平，它也是HEV用化学电源在近一阶段的最佳选择。MH／Ni电池的充放电可看作氢在正负极之间的转移，电解液无增减现象，电池可以实现密封设计。MH／Ni电池比镍镉电池具有更高的比能量，高功率的Ni／MH电池的比功率可达到900w/Kg(瞬时脉冲放电功率)，比能量可达95Wh/Kg以上；而循环寿命长，全充放电可达1000次(80％DOD)、浅充放电5～lO万次(40％DOD)，工作环境温度范围为-30℃～+55℃；耐过充放。目前日本的丰田公司、本田公司和美国的通用汽车公司、福特汽车公司等生产的混合电动车所用的辅助动力系统均为MH／Ni电池组(均在第17届国际电动车研讨会上展出)。因此大力发展HEV用Ni／MH电池是有战略意义的。锂离子电池锂离子电池按电池内部材料的又可分为锂镍钴电池、锂锰电池、锂镍电池、磷酸铁锂电池。锂镍钴电池是锂镍电池和锂钴的固溶体（综合体），兼具锂镍和锂钴的优点，一度被产业界认为是最有可能取代锂钴电池的新正极材料，但钴正极电池在放电过程往往会形成金属锂。因为金属锂具有易燃的特性，如果安全措施失效时，金属锂往往引发燃烧，所以安全性还是无法有更大的突破。锂锰电池的成本低且安全性比锂钴好很多，但循环寿命欠佳，且高温环境的循环寿命更差，高温时甚至会出现锰离子溶出现象，高温造成自放电严重，以致储能特性差。锂镍电池的成本低且电容量较高，不过，制作过程困难且材料性能的一致性和再现性差，最严重的是依然有安全问题。磷酸铁锂电池则同时拥有锂钴、锂镍和锂锰的主要优点，但不含钴等贵重元素，原料价格低且磷、锂、铁存在于地球的资源含量丰富，不会有供料问题，而且，工作电压适中（3.2V）、电容量大（170mAh/g）、高放电功率、可快速充电且循环寿命长，在高温与高热环境下的稳定性高，是目前产业界认为较符合环保、安全和高性能要求的锂离子电池。燃料电池燃料电池具有高效率(加上余热回收，能源效率高达80％)、装备质量轻、清洁无污染、无需充电、工作可靠、寿命长等许多优点，十分适宜于汽车上使用。90年代以来燃料电池成为各个发达国家竞相开发的电动车电池。加拿大、美国、日本、德国等国家处于领先地位，其中以加拿大的巴德拉公司最为先进。由于汽车运行工况复杂，如果单独用燃料电池作动力源会导致燃料电池后备功率很大，引起重量增加，成本上升，氢气利用低的问题。所以，目前的燃料电池几乎全部采用燃料电池加辅助动力源的混合驱动方案。制造成本高是燃料电池商业化所面临的主要问题。目前燃料电池的制造成本约为30美元PkW,是高性能内燃机的制造成本的6倍，比功率仅为常规内燃机的1／3。目前以氢为燃料的电动汽车在性能上已经基本赶上了燃油汽车。但是，高成本制约了其发展。我国通过自主研发和引进，现在实现了小批量产业化燃料电池生产的公司有上海神力科技有限公司、新源动力股份有限公司。这两家公司通过承担国家科技部的项目在技术上已经取得一定的突破，并且实现了燃料电池发动机的小批量装车和示范运营。危害性分析目前锂离子动力电池是动力电池发展的方向，锂离子电池的优点明显，其缺点也同样显著。锂离子电池的安全隐患是由其自身特点决定的：（1）电池能量密度高，如果发生热失控，会放出很高的热量，容易导致爆炸等不安全行为发生。（2）锂离子电池由于采用有机电解质体系，有机溶剂是碳氢化合物，在4.6V易发生氧化，并且溶剂易燃，若出现泄露等情况会使电池着火，燃烧甚至爆炸。（3）过充电反应会使正极材料结构发生变化而使材料具有很强的氧化作用，是电解液中溶剂发生强烈氧化反应，反应引起的热量如果累积存在引发热失控的危险。一般锂离子电池最大放电倍率为2C,但是动力型锂离子电池要求达到8C以上,大电流放电会使得电池极化增大,活性物质的效率显著降低并导致放电容量下降,而且还会因为电流密度过大,局部发热过多,可能会导致正极材料和电解液、负极材料和电解液的化学反应或电解液内部的分解反应,并进一步产生大量气体,使得电池内部压力升高,破坏电池结构,甚至因为短时间内积聚大量的热量而引起燃