1、产品定义

 

电动汽车动力电池一般由电池盖、正极、隔膜、负极、有机电解液、电池壳等几部分构成。动力电池分为：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、纳硫电池、锂离子电池、锌空气电池、飞轮电池、氢燃料电池等。

 

2、产品性能

 

动力电池具有以下特点：

 

1）高能量(EV)和高功率(HEV)；

 

2）高能量密度。美国汽车电池联合会(USABC)制定的电动汽车电池中长期目标，质量比能量要达到80~100Wh／kg(中期)和200Wh／kg(长期)；

 

3）高倍率部分荷电状态下(HRPSOC)的Ñ­环使用(HEV)；

 

4）工作温度范围宽(-30~65℃)；

 

5）使用寿命长，要求5~10年；

 

6）安全可靠。

 

3、应用特点

 

动力电池的应用范围较为广阔，主要应用领域有：

 

1）大型电动车辆：公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等；

 

2）轻型电动车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等；

 

3）电动工具：电钻、电锯、割草机等；

 

4）遥控汽车、船、飞机等玩具；

 

5）太阳能及风力发电的储能设备；

 

6）UPS及应急灯、警示灯及矿灯(安全性最好)；

 

7）替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池（尺寸完全相同）；

 

8）小型医疗仪器设备及便携式仪器等。

 

 

根据动力电池的使用特点、要求、应用领域不同，国内外动力电池的研发历史大致如下：

 

1、铅蓄电池

 

主要是阀控式铅蓄电池(VRLAB)。其优点是大电流放电性能良好、价格低廉、资源丰富、电池回收率高。在电动自行车、电动摩托车上广泛应用；缺点是质量比能量低，主要Ô¬材料铅有污染。新开发的双极耳卷绕式VRLAB已¾通过HEV试用，其能量密度比平板涂膏式铅蓄电池有明显提高。

 

2、碱性蓄电池

 

如Cd-Ni电池，MH-Ni电池。Cd-Ni电池由于镉的污染，欧盟各国已禁止用于动力电池；MH-Ni电池价格明显高于铅蓄电池，目前是HEV的主要动力电池。日本松下能源公司已为HEV提供了1000万只以上的MH-Ni电池。由于价格问题，MH-Ni电池应用于电动自行车上缺乏市场竞争力。

 

3、代电池

 

Li-ion电池(LiB)和聚合物Li-ion电池(PLiB)，其能量密度高于VRLA电池和MH-Ni电池，质量比能量达到200Wh／kg(PLiB)，单体电池电压高(3.6V)，若解决安全问题，将是最具竞争力的动力电池。

 

4、质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)

 

其特点是无污染，以H2和O2或甲醇作为燃料，直接转化为电能作为车载动力。而铅蓄电池、MH-Ni电池和Li-ion电池均属于电能的转换和储能装置，电池本身并不能发出电能，必须对电池进行充电，将电能转换成化学能，在使用时再将化学能转变为电能作为车载动力。所以这类电池目前仍然要消耗由矿物燃料发出的电能。

 

燃料电池是车载动力最¾济、最环保的解决方案，但是要实现商业化还有许多问题需要解决，如价格昂贵(采用贵金属铂、铑作为催化剂)、氢的储存运输和电池寿命的问题。

 

2002年，美国又推出“FreedomCar&VehicleTechnology”计划，其中HEV用动力电池的比功率为625W／kg。要实现这些目标仍要做出很大努力。

 

目前，世界各国主要以锂离子动力电池研究为发展方向。我国在这方面的技术水平还比不上发达国家，但是已经加大了投资力度去研究锂离子动力电池。略……

 

 

目前，我国动力电池正处于快速发展阶段，技术水平和发达国家相比还存在一定的差距。但是，在动力电池的技术研究及应用方面也取得了很大的成绩。

 

近年来，我国克服了一系列技术难题来研究动力电池，现在，对动力铅蓄电池、镍-金属氢化物(MH-Ni)动力电池等研究比较成熟，也成功应用于电动汽车、自行车、摩托车等。其中，国内电动自行车铅蓄电池分为两类：AGM-VRLA电池和GeL-VRLA电池。AGM-VRLA电池是市场的主流，约占95％以上，Gel-VRLA电池的市场份额不足5％。

 

十五”规划早期，我国已经开始支持锂电池的开发项目。我国锂电池技术基础较好，虽然在产业规模和技术水平上与日本有点差距，但领先于其他国家。近5年来，我国在逐步加强研发大功率的车用锂电池技术。目前，我国对磷酸铁锂做为正极材料生产锂离子动力电池的研究处于发展阶段，由于锂电池拥有矿广阔的发展前景，因此国家非常重视锂离子动力电池的开发、研究。

 

 

目前，锂电池成为世界各国关注的焦点。以此为例来阐述其工作原理及工艺流程。

 

1、工作原理

 

1）充电过程

 

如下图所示，一个电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。

 

正极上发生的反应为：LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)

 

负极上发生的反应：6C+XLi++Xe=====LixC6

 

 

 

2）电池放电过程

 

放电有恒流放电和恒阻放电，恒流放电其实是在外电路加一个可以随电压变化而变化的可变电阻，恒阻放电的实质都是在电池正负极加一个电阻让电子通过。由此可知，只要负极上的电子不能从负极跑到正极，电池就不会电池就不会放电。电子和Li+都是同时行动的，方向相同但路不同，放电时，电子从负极经过电子导体跑到正极，锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。

 

2、工艺流程

 

 

 

 

 

目前，从市场需求、能源发展及环保角度看，未来世界各国都会加大对动力电池的研究，尤其是锂电池，使其技术性能更高，应用的范围更广。

 

根据现在的技术状况和需求结构，我国将加大对锂电池研究的投入。未来技术的研究趋势主要是：研制开发高功率型和高能量型锂离子动力蓄电池及蓄电池系统，开展产品的优化设计、规模生产工艺、一致性控制与成本控制技术，重点对动力蓄电池系统的可靠性、耐久性和环境适应性进行试验考核。同时要研究锂离子动力蓄电池管理系统技术。例如SOC估算方法与动态估算精度研究，故障诊断模式研究，管理模块软硬件开发，系统可靠性、电磁兼容性优化设计与试验考核等。此外，研究锂离子动力蓄电池正负极材料产业化关键技术。主要包括：材料的安全性，材料掺杂改性和表面修饰技术，材料制备工艺技术，规模生产及成本控制技术研究。研究锂离子动力蓄电池隔膜产业化关键技术。主要包括：隔膜抗拉强度、耐氧化性能和质量稳定性的提升，隔膜制备工艺技术，规模生产及成本控制技术研究。略……

 

 

2006年以来，我国电动汽车的研发取得了长足进展，不仅是“十五”电动汽车重大科技专项通过验收，而且各地也不断传出电动车研制、生产的新消息。比如，无锡安源汽车有限公司与澳大利亚BCI公司合作成功研制出混合动力客车；山东中通客车公司的混合电动客车下线；一汽和东风的混合动力客车获国家汽车产品公告并投放市场；东风、长安、奇瑞和一汽宣布混合动力轿车陆续投放市场，等等。在2006年，我国第一批纯电动轿车取得了产品准入公告。由于我国电动汽车动力电池的技术水平有了很大提高，所以上述这些电动汽车中，有相当大的一部分使用了我国企业自主生产的配套电动汽车动力电池。

 

而且许多电动汽车企业除了汽车生产外，也涉足零部件、电子控制系统、集成技术等领域，初步形成了产业链，我国电动汽车动力电池经常在企业内直接被消费，即企业应用自行生产的电池装配整车后销往市场。

 

不过我国电动汽车动力电池的消费也受到许多因素的制约，除价格因素外，促进电动汽车及配套动力电池的消费，还需要相应的基础设施支持环境。比如充电站网络、车辆维修服务网络、多种形式的电池营销、服务网络等。而这些目前还都不具备，因而动力电池消费状况受到了一定影响。如果能够解决好这些问题，未来电动汽车动力电池的消费有可能取得突破。

 

 

我国目前的电动汽车动力电池主要处于研制开发阶段，批量生产非常少。由于技术还在研究中，企业很难形成规模生产，所以生产时成本控制比较困难，生产成本较高。目前情况是电池价格占整车本身价格的三分之一左右，比如一辆电动客车用400安时的锂离子动力电池的售价高达几十万元。因而与使用传统能源的产品相比，电动汽车动力电池的市场价格过高。

 

降低动力电池的成本，进而降低产品价格是今后行业发展的一项重要内容。预计未来电动汽车动力电池产品的价格一定会随着技术改进、生产率提高而下降，不过在降价的同时必须提高质量和使用寿命，这样才能突出电动汽车动力电池的优点，使终端消费者从长期投资角度来考虑产品定价，从而提高竞争力。

 

 

电动汽车动力电池产品在国内还没有形成完善的市场，企业基本上是以挖掘本土消费需求为主要目的，还没有余力关注国外市场，而且与国外产品相比，我国产品虽具有价格优势，但是质量上还存在一些问题，在对外贸易中很难占据优势，所以发展出口贸易的动力不足。受上述因素影响，电动汽车动力电池产品出口量很少。

 

国内生产的电动汽车动力电池产品虽然质量不高，但基本可以满足国内市场对该类产品的要求，应用上不存在太大问题，而且我国电动汽车产业刚刚兴起，还没有培育出成熟的消费市场，所以整体需求量不大，对国际高端产品的需求更少，因此电动汽车动力电池的进口量也比较少。略……