動力鋰電池組技術(shù)瓶頸和鋰電池技術(shù)路線解析

來源：存能電氣  日期：2019-08-15 15:47  瀏覽量：次

　　動力鋰電池組技術(shù)瓶頸和鋰電池技術(shù)路線解析。電動汽車的發(fā)展需要更好的電池，動力鋰電池的比能量、壽命、安全性和價格，對純電驅(qū)動汽車的發(fā)展至關(guān)重要。就目前來講，鋰電池組技術(shù)已是比較成熟，遇到瓶頸問題亦是不可避免。如何打破瓶頸，獲得電池技術(shù)的進一步發(fā)展，這是本文探討的話題。

　　動力鋰電池組技術(shù)瓶頸

　　一、續(xù)航旅程短：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，以鋰電池作為動力源的電動汽車續(xù)航旅程已由開始的不到100公里增加至300公里左右，單個車型的續(xù)航旅程突破了400公里。但與燃油汽車的干流跋涉旅程500公里對比還有一定距離。

　　二、充電速度慢：相對于跋涉旅程短，鋰電池組充電較慢是電動汽車更大的制約。在正常速度下，電動汽車的動力鋰電完全布滿需要4～8小時。現(xiàn)在也有敏捷充電鋰電池，可以在1～2小時內(nèi)布滿，但其負面影響極大，壽數(shù)會驟減至本來的1/3，且電池功用會顯著下滑。燃油汽車則不存在這些疑問，加油時間不超過5分鐘，安全性和穩(wěn)定性都能得到保證。

　　三、安全功用待完善：自鋰電池組誕生以來，安全疑問就一直困惑消費者。從手機、筆記本，到現(xiàn)在的電動汽車，安全事故不斷發(fā)生。

　　鋰電材料技術(shù)

　　●正負極材料

　　鋰電正負極材料體系非常豐富，目前，鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳鋰等正極材料研究已趨于成熟。鈷酸鋰材料比容量有200-210mA·h/g，其材料真密度和極片壓實密度均是現(xiàn)有正極材料中最高的，商用鈷酸鋰/石墨體系的充電電壓可提升4.40V，已經(jīng)可滿足智能手機和平板電腦對高體積能量密度軟包電池的需求。錳酸鋰原料成本較低、生產(chǎn)工藝簡單、熱穩(wěn)定性高、耐過充性好、放電電壓平臺高、安全性高。適合作為輕型電動車輛的低成本電池，但存在理論容量比較低，循環(huán)過程中可能有錳元素的溶出影響電池在高溫環(huán)境中的壽命等問題。

　　●負極材料

　　可用于動力電池的負極材料有石墨、硬/軟碳以及合金材料，石墨是目前廣泛應用負極材料，可逆容量已能達到360mAh/g。無定形硬碳或軟碳可滿足電池在較高倍率和較低溫度應用的需求，開始走向應用，但主要是與石墨混合應用。但因鋰嵌入硅后導致其體積膨脹，在實際使用時循環(huán)壽命會出現(xiàn)降低的問題有待進一步解決。

　　●電解液

　　鋰離子電池電解液一般以高介電常數(shù)的環(huán)形碳酸酯與低介電常數(shù)的線性碳酸酯混合。一般來說鋰電池的電解質(zhì)應該滿足離子電導率高、電子電導低、電化學窗口寬、熱穩(wěn)定性好等要求。六氟磷酸鋰及其它新型鋰鹽、溶劑提純、電解液配制、功能添加劑技術(shù)持續(xù)進步，目前的發(fā)展方向是進一步提高其工作電壓和改善電池高低溫性能，安全型離子液體電解液和固體電解質(zhì)正在研制中。

　　鋰電池技術(shù)路線解析

　　目前在交通運輸用動力源方面，主要有四種技術(shù)路線：鋰離子電池、氫燃料電池、超級電容和鋁空氣電池。其中鋰離子電池、超級電容和氫燃料電池得到廣泛的應用，而鋁空氣電池尚處于實驗室研究階段。能源補給方面，鋰離子電池、超級電容適用于純電動汽車，但是需要外部充電，而氫燃料電池汽車則需要外部氫氣加注，鋁空氣電池則需要補充鋁板和電解液。

　　鋰電技術(shù)路線多，儲能更注重安全性和長期成本。與動力鋰電池相比，儲能用鋰電池對能量密度的要求較為寬松，但對安全性、循環(huán)壽命和成本要求較高。從這方面看，磷酸鐵鋰電池是現(xiàn)階段各類鋰離子電池中較為適合用于儲能的技術(shù)路線，目前已投建的鋰電儲能項目中大多也都采用這一技術(shù)。此外，鈦酸鋰電池因其超長的循環(huán)壽命也受到廣泛關(guān)注，隨著未來技術(shù)成本降低，有望在儲能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應用。三元電池的主要優(yōu)勢在于高能量密度，其循環(huán)壽命和安全性較為局限，因而更適合用作動力電池。

　　在未來相當長一段時間里，鋰電池組仍是最適用的電動汽車電池，錳酸鋰正極材料、三元體系正極材料、磷酸鐵鋰正極材料、復合碳負極材料、陶瓷涂層隔膜、電解質(zhì)鹽及功能電解液技術(shù)的發(fā)展支撐了電池技術(shù)的進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。電池系統(tǒng)技術(shù)在應用中進步，安全性和可靠性將在未來幾年得到進一步提升。