动力电池技术是当前制约电动汽车快速发展的障碍之一,如何提高动力电池系统的续驶离程、降低成本、扩大工作温度范围,改善系统内电池单体的一致性等是当前人们讨论的热门话题。本文从电动车用电池的发展现状出发,结合电动车推广存在的几个突出问题,提出了发展电动车产业的几点建议。
一、电动车用电池现状
目前在电动车领域使用的电池类型主要有:铅蓄电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池。其中,铅蓄电池因具有突出的性价比已在电动自行车上得到了广泛的应用,镍氢电池在混合电动汽车上的应用业已进入成长期,而锂离子电池则处在实车检测和验证阶段,燃料电池则由于使用寿命、成本等问题而难以在短期内实现商业化应用。
1、铅蓄电池
近年来,随着市场需求的变化,铅蓄电池的生产方式及工艺不断完善,制造水平不断提升,电池比能量、循环寿命、一致性、可靠性和制造过程的环保性不断提高。电池组100%DOD循环寿命已经从2001年前后不到200次,发展现在的400次以上;比能量也从35wh/kg发展到现在的40~45wh/kg,有力地推动了电动自行车市场的飞速发展。
随着性价比的进一步提高,铅蓄电池的应用领域也从电动自行车,逐步扩展到电动三轮车、微型电动轿车、电动游览车、电动高尔夫球车、电动环卫车等领域,市场容量在快速扩大。与此同时,在混合电动汽车中的应用也已拉开序幕,如卷绕电池因具有良好的大电流放电性能(可以进行18C放电)和较宽的工作温度范围(-40~75℃),目前已开始用于微混电动车中作为起停装置(Start-Stop-System)的驱动电源。
此外,新型设计和生产技术如双极式结构、薄型极板、复合活性炭负极等也将给古老的铅蓄电池技术带来新的生机。可以预见,在今后很长一段时期内,铅蓄电池必将在电动车领域仍旧处于不可或缺的地位。
2、镍氢电池 镍氢电池在电动自行车发展的初期曾作为一种解决方案推向市场,但由于自放电大、循环寿命短、单体一致性差,且价格偏高而没有被市场普遍接受。
而针对镍氢电池在电动汽车领域的应用,我国从“九·五”期间就开始立项研究,一直延续到“十·五”和“十一·五”。经过各方的共同努力,镍氢电池的比能量已从最初的50~60wh/kg,发展现在的70~80wh/kg;比功率也从700~800w/kg提高到现在的1000~1200w/kg;自放电也从每月20%左右降低到10%以下,80%DOD循环寿命从400次左右提高到1000次以上,综合性能得到极大提高。
由于镍氢电池性能的大幅度改善,工信部在6月25日发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》中将镍氢电池列为成熟期产品,可以在全国不限区域使用。
鉴于镍氢电池的原材料和制造工艺基本成熟,未来性能提高的空间不大,所以其市场生命力估计只有3~5年左右,到2012年以后将被锂离子电池逐步替代。
3、锂离子电池
由于锂离子电池具有体积小、重量轻、工作电压高、比能量大、循环寿命长、比功率大、自放电率小、无记忆效应、无污染等突出优点,使其成为新能源电动汽车近期重点发展的动力电源,现阶段被认定为发展期产品。
从锂离子电池的发展过程来看,其容量已从本世纪初期的3Ah以下,发展到现在的500Ah甚至更大的单体容量;关键正极材料也从早期的钴酸锂独树一帜,发展到现在的钴酸锂、镍钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂共存的局面。
功率型锂离子电池的比功率从早期的800~1000w/kg已发展到现在的1800w/kg以上,100%DOD循环寿命从400次左右提高现在的2000次以上,安全性能也得到大幅度提升。
从以锰酸锂和磷酸铁锂为正极材料的单体电池特性来看,其比功率、比能量、安全性等指标均能够满足整车要求,但是系统内单体电池的一致性,系统整体的安全性、循环寿命等指标能否在大批量生产时满足要求,似乎是对电池企业的重要考验。
另外,由于加拿大魁北克水电公司在华申请的磷酸铁锂材料的专利均已授权,这将成为制约磷酸铁锂电池发展的最大障碍。因此,如何进一步研制新型锂离子电池正极材料,绕开这两个专利的制约,将是摆在电池企业、相关研制单位面前的重大课题。 |