淺談混合電動汽車用鋰離子動力電池

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1、淺談混合電動汽車用鋰離了動力電池一、混合電動汽車與鋰離子電池中國是一個經(jīng)濟(jì)止在高速發(fā)展的發(fā)展中國家，汽車已成為城市的主要污染源，也是每年要花費(fèi)大量外匯進(jìn)口石油的原因。油電混合式電動車(HEV)和電油混合式電動車(PHEV)是目前國際上發(fā)展最快的兩類電動車。HEV完全靠加油站添加燃料，不需要外部充電，這種車輛排放的污染氣體不到通常汽車的30%,油耗通常可降低25-50%,豐田年銷售幾十萬量的Prius等已在市場上獲得了成功。PHEV電池的容量較大，可以完全依靠電力行駛一定的里程，也有人稱之為插電式混合電動汽車，一般PHEV-次充滿電可行駛20-80Km,短途行駛則完全依靠電力運(yùn)行，當(dāng)需耍長

2、距離行駛時，汕箱中有汕，切換到HEV模式運(yùn)行，這種車輛可以更大幅度地減少汽油的用量，對于家用小轎車，美國有人預(yù)測其節(jié)油可達(dá)90%。PIIEV的另一個好處是可充分利用夜間的低谷電以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電力的充分利用，受到屯網(wǎng)公司的歡迎。HEV和PHEV的行駛距離和加油方式均和通常汽油車沒有區(qū)別，易于為消費(fèi)者接受，不僅在美國受到熱捧，近期也有報道德國有超過30%的人表示愿意購買混合動力汽車。電池是混合電動汽車的核心部件，在可預(yù)見的將來，鎳氮電池和鋰離子電池是混合電動動汽車的主要電池。鋰離子電池是口前世界最新一代的充電電池，它的負(fù)極是碳素材料，正極是含鋰的過渡金屈化合物L(fēng)iCoO,丄iMnQ丄iFcPOj

3、等，電解質(zhì)是鋰鹽的有機(jī)溶液或聚合物。充電時，正極中的鋰離子脫離LiCo02,LiFePO,.或LiMiO屆格，經(jīng)過電解質(zhì)輸運(yùn)嵌入電池的碳材料負(fù)極，放電時則相反。與其他蓄電池比較，鋰離子蓄電池具有電壓高、比能量高、充放電壽命長、無記憶效應(yīng)、無污染、快速充電、自放電率低、工作溫度范圍寬和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，已成為手機(jī)、筆記木電腦等移動電子設(shè)備的基木配備電源。相比于銀氫電池，混合電動汽車采用鋰離子電池可使得電池組的重量下降40-50%,體積減少20-30%,能源效率也有一定程度的提高。此外，在很長的一段時期內(nèi)，鋰離了電池的成本還可能會大幅度降低，到最后，在混合動力車中它的成本與鐮氧屯池相比就相對較

4、低，預(yù)期會得到廣泛應(yīng)用。圖1顯示的是對混合電動汽車領(lǐng)域，鋰離子電池和鎳氫電池在未來幾年內(nèi)，隨著銷量的增加的一個成本預(yù)測。由于鎳氫電池使用大量的有色金屬，而H其生產(chǎn)制造工藝基本定型，其成本下降的空間很小。而鋰離了電池，可以完全不使用較貴金屬，如止極采用猛酸鋰和磷酸鐵鋰的電池，其原材料成本下降空間非常大，而冃隨著其制造工藝的進(jìn)一步成熟，制造成本也冇大幅度下降的可能。預(yù)計在不久的將來，車用鋰離了電池的成木將下降到鎳氫電池的三分之二。圖1、鋰離子電池成本預(yù)測1目前鋰離子電池行業(yè)正在和即將發(fā)生結(jié)構(gòu)上的重人調(diào)整，汽車工業(yè)耍求鋰離了動力電池的壽命比小型電池長兩倍以上，成木降50%,單體容量增加10倍以

5、上，生產(chǎn)規(guī)模增加幾十甚至上千倍。動力電池的產(chǎn)業(yè)化正伴隨著材料、工藝和裝備的重大革新開始起飛，傳統(tǒng)的鉆基氧化物正極材料正在為成本更低和安全性好的鐳基氧化物和磷酸鹽材料取代，用于小型電池的電極制備工藝也將會逐漸地被高效、低能耗和污染小的新工藝所取代，大型動力電池的散熱和高功率輸入/出要求使屯芯結(jié)構(gòu)從卷繞式圓柱走向疊片式方型，相應(yīng)的材料制備技術(shù)、電池制造技術(shù)、工藝和裝備不斷地創(chuàng)新和深入發(fā)展。大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)發(fā)展對資源和環(huán)境也造成了挑戰(zhàn)，發(fā)展鋰離子電池凹收處理技術(shù)以實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)使用也已成為一個緊迫的任務(wù)。二、混合電動汽車用鋰離子動力電池的電性能理想的混合電動汽車電源對比功率和比能量這兩項核心指標(biāo)都

6、要求達(dá)到很高的水平，且能在寬廣的工作溫度范圍內(nèi)工作，壽命更要求與汽車的使用壽命相當(dāng)，從表1即可看出HEV轎車耍求其屯池組具有很高的比功率、高比能量和超長壽命。如電池組重量小于40Kg,電芯總重量應(yīng)小于30Kg,壽命中止時比功率應(yīng)達(dá)1700W/Kg,比能量應(yīng)達(dá)70W/Kg,考慮到功率和容量衰減的因素和寬廣的工作溫度范圍，要求生產(chǎn)出的電池具有更高的比功率和比能量。目前國內(nèi)的高功率鋰離子電池已具有80Wh/Kg的比能量和高于2000W/Kg的比功率，國外已有3000W/Kg高功率鋰離子電池用于電動車輛的報道。公開資料顯示SAFTAmerica、Yardncy等止在研制比功率高達(dá)10000W/K

7、g的鋰離了電池。車用鋰離了電池的壽命要同事考慮里程壽命和周期壽命，里程壽命測試方法是按照車輛模擬工況做循環(huán)壽命測試，依據(jù)被測電池組性能達(dá)到設(shè)定的屮止條件時的循環(huán)次數(shù)推測電池組的里程壽命。周期壽命主要考慮電池擱置狀態(tài)下性能會發(fā)生自然衰減，與電池溫度有密切的關(guān)系，一般通過室溫和高溫擱置的對比測試來預(yù)測電池組的周期壽命，汽車工業(yè)要求電池具有15年的周期壽命目前對我們?nèi)匀皇且粋€很大的挑戰(zhàn)。表1顯示的是理想的I1EV轎車對電池組的主要的電性能