國內(nèi)外鋰離子動力電池的關(guān)鍵技術(shù)及最新動態(tài)

1、國內(nèi)外鋰離子動力電池的關(guān)鍵技術(shù)及最新動態(tài)1、鋰離子動力電池待解決的使用技術(shù)問題 鋰離子動力電池做為一種新型的動力技術(shù)，可以使用在 任何一種驅(qū)動車輛上，如電動自行車、電動摩托車、電動小 轎車、電動中巴和大巴，以及 UPS、移動激光電源、移動照 明電源、移動通訊設(shè)備、軍事領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域，其使用 面之廣，具有不可估量的市場前景。然而，基于鋰離子動力 電池的特性，即充電電壓不可超過 4.2V ，放電電壓不可低于 2.6V。使用鋰動力電池的技術(shù)問題，已是迫在眉睫，而且是 必須盡快解決的問題。鋰動力電池的產(chǎn)生，無疑對傳統(tǒng)的驅(qū)動技術(shù)帶來危機(jī)。而 鋰動力電池的特性，又決定了必須有高超的使用技術(shù)。才能 盡快

2、進(jìn)入使用市場。從目前的鋰電池生產(chǎn)制造技術(shù)看，已經(jīng) 達(dá)到了完美的程度，10Ah電池內(nèi)阻達(dá)到10mQ左右，而 50Ah , 100Ah的電池內(nèi)阻只有1m Q左右，這使電池專家都 感到驚訝。然而，鋰動力電池的突然出現(xiàn)，也讓使用市場感 到突然。當(dāng)一個(gè)個(gè)用戶對高新科技產(chǎn)生興趣，并興致勃勃地 試用時(shí)，問題出現(xiàn)了：鋰動力電池在使用中做為動力，必須 要串聯(lián)才能達(dá)到使用電壓的需要，而幾個(gè)幾十個(gè)甚至幾百個(gè) 電池的串聯(lián)， 使用一段時(shí)間后， 必然會產(chǎn)生電壓的參差不齊， 這并不是電池的生產(chǎn)技術(shù)問題，由于電池在生產(chǎn)過程中，從 涂膜開始到成為成品要經(jīng)過很多道工序。即使經(jīng)過嚴(yán)格的檢 測程序，使每組電源的電壓、電阻、容量一致，

3、但使用一段 時(shí)間，也會產(chǎn)生這樣或那樣的差異。如同一位母親生的雙胞 胎，剛生下時(shí)可能長得一模一樣，做為母親都很難分辨。然 而，在兩個(gè)孩子不斷成長時(shí)，就會產(chǎn)生這樣或那樣的差異鋰 動力電池也是這樣。使用一段時(shí)間產(chǎn)生差異后，采用整體電 壓控制的方式是難以適用于鋰動力電池的， 如一個(gè) 36V 的電 池堆，必須用 10 只電池串聯(lián)。整體的充電控制電壓是 42V ， 而放電控制電壓是 26V 。用整體電壓控制方式，初始使用階 段由于電池一致性特別好，也許不會出現(xiàn)什么問題。在使用 一段時(shí)間以后電池內(nèi)阻和電壓產(chǎn)生波動，形成不一致的狀 態(tài)，（不一致是絕對的，一致性是相對的）這種時(shí)候仍然使 用整體電壓控制是不能達(dá)到

4、其目的的。例如 10 只電池放電時(shí)其中兩只電池的電壓在 2.8V，四只電池的電壓是 3.2V，四只是3.4V，現(xiàn)在的整體電壓是32V，我們讓它繼續(xù)放電一直 工作到26V。這樣，那兩只2.8V的電池就低于2.6V處于了 過放狀態(tài)。鋰電池幾次過放就等于報(bào)廢。反之，用整體電壓 控制充電的方式進(jìn)行充電，也會出現(xiàn)過充的狀況。比如用上 述10 只電池當(dāng)時(shí)的電壓狀態(tài)進(jìn)行充電。整體電壓達(dá)到42V時(shí)，那兩只 2.8V 的電池處于 "饑餓 "的狀態(tài)，而迅速吸收電量， 就會超過 4.2V ，而過充的超過 4.2V 的電池， 不僅由于電壓過 高產(chǎn)生報(bào)廢， 甚至還會發(fā)生危險(xiǎn)， 這就是鋰動力電池的特性

5、。 特性的物質(zhì)只有掌握它的特性來使用，才能給你造福。如同 一匹野馬，你只有把它戴上韁繩。才能馴服它。自從人類發(fā) 明了鋰電池，其使用技術(shù)一直在不斷提高，如小容量的手機(jī) 電池，使用技術(shù)已達(dá)到完美程度。然而，做為大功率大容量 的鋰動力電池，其使用技術(shù)仍然處于開發(fā)研制階段。人們對 較小容量的 10AH 電池采取了單體控壓恒流充電方式，在放 電時(shí)使用整體電壓控制，在電壓較高時(shí)就使其保護(hù)，停止工 作。比如在整體電壓 30V 時(shí)就控制其停止工作了。這樣， 般在一致性比較好的電池組里，單體電池的電壓也不會低于 2.6V 。而充電時(shí)由于采取單體充電，單體控制， 就能夠使每只電池的工作效率達(dá)到比較理想的程度。然而

6、這 種控制仍然不會使人們滿足， 并沒有使電池達(dá)到 100% 的工作 量，比如廣東的一家電動自行車公司，用 10AH/36V 的電池 組充一次電續(xù)駛 60k/m ，而另一家電動自行車公司使用同樣 的電池組測試，可續(xù)駛 5km ，這不能不說鋰動力電池的使用 技術(shù)是有高低之分的。由于鋰動力電池的使用技術(shù)是每個(gè)研 發(fā)單位的機(jī)密，他們在研發(fā)過程中都投入大量的人力物力資 源，所以，使用技術(shù)的高低，不能不說這是他們開發(fā)市場爭 創(chuàng)品牌的資本。鋰動力電池理想的管理應(yīng)該是均衡保護(hù)控 制。這種控制的要求是幾只幾十只甚至是幾百只的電池組， 每只電池不僅能夠管理和保護(hù)，而且在放電時(shí)還要使每只電 池的電壓保持均衡一致。如

7、同幾十杯水，在同一個(gè)水平線上 平衡一致地往外流。在充電時(shí)，也如幾十杯同一水平線上的 水，在同一個(gè)電壓線上，均衡一致地進(jìn)行充電。這種要求似 乎刻苛，可鋰勸力電池要想百分之百的被用戶認(rèn)可，只有做 到這種程度才行。因?yàn)樵S多用戶，特別是消費(fèi)者，他們不懂如何單獨(dú)檢測，如何各別處理單體出問題的電池，鋰動力電池的管理只有達(dá)到智能化程度，才能徹底開辟出這個(gè)宏大的市場。所以說，鋰動力電池市場目前亟待解決的是使用技術(shù) 問題。2、動力電池及系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 2.1 EV 動力電池的相關(guān) 標(biāo)準(zhǔn)1）容量 （Capacity） 。電池的容量是指在一定的放電條件下可以從電池中獲得的電量，有理論容量、實(shí)際容量、額定 或公稱容量

8、和額定儲備容量之分。用 AH（ 安時(shí)）數(shù)、 mAH（ 毫 安時(shí) ）表示。理論容量：理論容量是假設(shè)電池內(nèi)產(chǎn)生電量的化學(xué)反應(yīng) 式左邊的物質(zhì)全部參加映生成的電量。它是根據(jù)活性物質(zhì)的 質(zhì)量按照法拉第定律計(jì)算得到的。實(shí)際容量：實(shí)際容量是指電池在一定的放電條件下電池 實(shí)際所能輸出的電量，等于放電電流對放電時(shí)間的積分。額定容量：額定容量也叫公稱容量，是指設(shè)計(jì)和制造電 池時(shí)，按國家或有關(guān)部門頒布標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或保證電池在一定放 電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。2）放電速率，簡稱放電率，常用時(shí)率表示。時(shí)率是以 放電時(shí)間表示的放電率，即以某電流放電放完額定容量所經(jīng) 歷的時(shí)間。例如電池三小時(shí)額定容量為120Ah（用C/

9、3=120Ah表示）,則電池在充滿電后，以120/3=40A的恒流放電，在其電壓不低于某一規(guī)定值以前，能連續(xù)放電達(dá)到三小時(shí)者為合 格。3）能量 （Energy） 。電池容量是按一定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的放電條件下，電池所能輸出的電能，單位為Wh（瓦時(shí)咸kWh（千瓦時(shí)）。電池有實(shí)際能量和標(biāo)稱能量之分。實(shí)際能量為電池處于 一定的放電條件下的實(shí)際容量與平均工作電壓的乘積。4）比能量 （Specific Energy） 。比能量作為衡量各種電池 性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。比能量也稱為能量密度。比能量有重量比能量和體積比能量之分。重量比能量指電池單位質(zhì)量所輸出的電能，單位為Wh/kg（瓦時(shí)/千克）5）功率 （Power）

10、 。電池的功率是指在一定放電制度下，單位時(shí)間內(nèi)電池輸出的能量大小，單位為W（瓦）或kW（千瓦）6）比功率 （Specific Power） 。單位質(zhì)量或單位體積的電池所輸出的功率稱為比功率，單位為W/kg或W。7）循環(huán)使用壽命 （Cycle Life） 。電池充電和放電一次稱為 一個(gè)循環(huán)，按一定的測試標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)電池容量下降到某一規(guī)定 值以前，電池能承受的充、放電循環(huán)次數(shù)，稱為電池的循環(huán) 使用壽命，循環(huán)使用壽命是衡量電池壽命性能的一項(xiàng)重要的 指標(biāo)。8）自放電率（Setf-Discharge）。自放電率是指電池在存放期間容量的下降率，即電池?zé)o負(fù)荷時(shí)自身放電使容量損失的 速度，自放電率用單位時(shí)間內(nèi)容量

11、下降的百分?jǐn)?shù)表示。9）輸出效率 （output effective） 。電池實(shí)際上是一個(gè)能量 存儲器。充電時(shí)將能量轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能存儲器來，放電是把化 學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜?。但電池并不能作為理想的儲?器，它在工作過程中有一定的能量消耗。10) 充電率 (Charge-Rate，C-rate) 。它表示電池充放電時(shí)電流的大小。例如：充電電池的額定容量為 1100mAh 時(shí)， 即表示以 100mAh(1C) 放電時(shí)間可持續(xù) 1 小時(shí)、如以 200mA(0.2C) 放電時(shí)間可持續(xù) 5 小時(shí)，充電亦如此計(jì)算。11) 終止電壓 (Off-Cut-Voltage) 。指電池放電時(shí)， 其電壓 下降到電池不允許再繼續(xù)放電的最低工作電壓值。12) 開路電壓 (Open-Voltage) 。電池不放電時(shí)， 電池兩極 之間的電位差被稱為開路電壓。電池的開路電壓，會依電池 正、負(fù)極與電解液的材料而異，往往會形成起開路電壓不一 樣的情況出現(xiàn)。13) 放電深度 (Depth of Discharge) 。在電池使用