歐盟汽車動力電池發(fā)展現(xiàn)狀

歐盟汽車動力電池發(fā)展現(xiàn)狀隨著全球能源危機與環(huán)境污染的日益加重，電動汽車的發(fā)展已成為未來汽車工業(yè)發(fā)展方向之一。動力電池是電動汽車的關(guān)鍵部件，動力電池高能量密度、高功率、快速充放電要求，高安全性能和高可靠性要求無疑是電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)要求，也是電動汽車最主要的技術(shù)門檻之一。電動汽車的動力電池組是電動汽車的重要組成部分，直接影響著電動汽車的起動、加速、行駛里程等多項性能。因此，對動力電池組進行測試是電動汽車研發(fā)的重要環(huán)節(jié)。動力電池的種類有很多種，在電動汽車上常用的有動力鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池、鋅空氣蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池以及燃料電池等，每種電池的原理和結(jié)構(gòu)各不相同，但是作為電動汽車用動力電池，它們的性能都應(yīng)符合車輛行駛對電池的要求。鉛蓄電池鉛蓄電池作為儲能電源，它具有成本低，性能穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，但同時也存在著一次充電的行程短、比能量低的問題。它是成熟電動汽車蓄電池，也是目前唯一能大量生產(chǎn)供應(yīng)的電動汽車電池。一次充電的行程一般約在30-40km，充電時間要4-6h，比能量只有30Wh/Kg，電池重量太大。為此人們一直探索如何改進鉛酸電池的性能，開發(fā)能量效率更高、穩(wěn)定性更好，電荷容量更大的新電池。比如：不易滲漏、使用可靠的膠體鉛酸電池，它是在硫酸水溶液的電解液中添加Na20Si02，電解液呈膠體狀，構(gòu)成了膠體電解質(zhì)。膠體的狀況會隨著溫度和電場的作用而變化，當(dāng)電池放電時，膠體的凝聚性會更明顯；溫度降低，膠體內(nèi)部溶液擴散遷移及傳導(dǎo)性變差，內(nèi)電阻增加。它的性能、價格與鉛酸電池差不多。由于電解質(zhì)中有Na2S04存在，在極板硫化過程中，會同時產(chǎn)生硫酸鉛、硫酸鈉結(jié)晶，從而防止了極板生成粗大的硫酸鉛結(jié)晶體，容易再次充電活化；不易喪失極板的多孔性；還能防止正極板上生出尖銳的硫酸鉛突起，避免隔板被刺穿形成極板間短路。從壽命講，膠體鉛酸電池是現(xiàn)在泛用鉛酸電池的4倍以上，在30℃-50℃仍能很好工作，且工作性能相當(dāng)穩(wěn)定，可謂是比鉛酸電池性能有了大幅度提高。盡管如此，出于環(huán)境保護的考慮，人們對鉛蓄電池的大量使用仍有擔(dān)憂，如何回收廢舊的鉛酸電池，避免對于環(huán)境的污染，已經(jīng)成為了當(dāng)務(wù)之急，另外鉛蓄電池的循環(huán)經(jīng)濟問題和鉛再生產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題也變得日益重要。鎳鎘電池鎳鎘電池由于環(huán)境污染和記憶效應(yīng)等缺點，目前已沒人把它作為電動汽車的候選電池。鎳氫蓄電池和鎳鎘蓄電池一樣，屬于堿性電池，其特性和鎳鎘蓄電池相似，不過鎳氫蓄電池不存在重金屬污染問題。主要優(yōu)點：相對于其他電池，Ni／MH電池的優(yōu)異特性表現(xiàn)在以下幾點：(1)高比能量(衡量電動車一次充電行駛里程)已與鋰離子電池水平相當(dāng)；(2)高比功率(賦予電動車良好的啟動、加速、爬坡性能)；(3)長壽命特性(賦予電池良好的經(jīng)濟性)平均壽命300～600次：(4)安全性能高，無污染物，被譽為‘‘綠色電源”。日本從事電動汽車用Ni／MH電池開發(fā)的代表性廠家為松下公司和豐田公司。美國的Ovonic公司和美NUSABC(美國先進電池聯(lián)合體)也正在積極開發(fā)研制Ni／MH電池。中國的Ni／MH電池技術(shù)也處于國際先進水平。通過近幾年的發(fā)展，我國已經(jīng)成為全球的第一大鎳氫電池生產(chǎn)國。從比容量、比功率、安全性、環(huán)境友好性等方面來看，MH／Ni電池是最有希望的候選者。根據(jù)目前MH／Ni電池的技術(shù)發(fā)展水平，它也是HEV用化學(xué)電源在近一階段的最佳選擇。MH／Ni電池的充放電可看作氫在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移，電解液無增減現(xiàn)象，電池可以實現(xiàn)密封設(shè)計。MH／Ni電池比鎳鎘電池具有更高的比能量，高功率的Ni／MH電池的比功率可達(dá)到900w/Kg(瞬時脈沖放電功率)，比能量可達(dá)95Wh/Kg以上；而循環(huán)壽命長，全充放電可達(dá)1000次(80％DOD)、淺充放電5～lO萬次(40％DOD)，工作環(huán)境溫度范圍為-30℃～+55℃；耐過充放。目前日本的豐田公司、本田公司和美國的通用汽車公司、福特汽車公司等生產(chǎn)的混合電動車所用的輔助動力系統(tǒng)均為MH／Ni電池組(均在第17屆國際電動車研討會上展出)。因此大力發(fā)展HEV用Ni／MH電池是有戰(zhàn)略意義的。鋰離子電池鋰離子電池按電池內(nèi)部材料的又可分為鋰鎳鈷電池、鋰錳電池、鋰鎳電池、磷酸鐵鋰電池。鋰鎳鈷電池是鋰鎳電池和鋰鈷的固溶體（綜合體），兼具鋰鎳和鋰鈷的優(yōu)點，一度被產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為是最有可能取代鋰鈷電池的新正極材料，但鈷正極電池在放電過程往往會形成金屬鋰。因為金屬鋰具有易燃的特性，如果安全措施失效時，金屬鋰往往引發(fā)燃燒，所以安全性還是無法有更大的突破。鋰錳電池的成本低且安全性比鋰鈷好很多，但循環(huán)壽命欠佳，且高溫環(huán)境的循環(huán)壽命更差，高溫時甚至?xí)霈F(xiàn)錳離子溶出現(xiàn)象，高溫造成自放電嚴(yán)重，以致儲能特性差。鋰鎳電池的成本低且電容量較高，不過，制作過程困難且材料性能的一致性和再現(xiàn)性差，最嚴(yán)重的是依然有安全問題。磷酸鐵鋰電池則同時擁有鋰鈷、鋰鎳和鋰錳的主要優(yōu)點，但不含鈷等貴重元素，原料價格低且磷、鋰、鐵存在于地球的資源含量豐富，不會有供料問題，而且，工作電壓適中（3.2V）、電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高，是目前產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為較符合環(huán)保、安全和高性能要求的鋰離子電池。燃料電池燃料電池具有高效率(加上余熱回收，能源效率高達(dá)80％)、裝備質(zhì)量輕、清潔無污染、無需充電、工作可靠、壽命長等許多優(yōu)點，十分適宜于汽車上使用。90年代以來燃料電池成為各個發(fā)達(dá)國家競相開發(fā)的電動車電池。加拿大、美國、日本、德國等國家處于領(lǐng)先地位，其中以加拿大的巴德拉公司最為先進。由于汽車運行工況復(fù)雜，如果單獨用燃料電池作動力源會導(dǎo)致燃料電池后備功率很大，引起重量增加，成本上升，氫氣利用低的問題。所以，目前的燃料電池幾乎全部采用燃料電池加輔助動力源的混合驅(qū)動方案。制造成本高是燃料電池商業(yè)化所面臨的主要問題。目前燃料電池的制造成本約為30美元PkW,是高性能內(nèi)燃機的制造成本的6倍，比功率僅為常規(guī)內(nèi)燃機的1／3。目前以氫為燃料的電動汽車在性能上已經(jīng)基本趕上了燃油汽車。但是，高成本制約了其發(fā)展。我國通過自主研發(fā)和引進，現(xiàn)在實現(xiàn)了小批量產(chǎn)業(yè)化燃料電池生產(chǎn)的公司有上海神力科技有限公司、新源動力股份有限公司。這兩家公司通過承擔(dān)國家科技部的項目在技術(shù)上已經(jīng)取得一定的突破，并且實現(xiàn)了燃料電池發(fā)動機的小批量裝車和示范運營。危害性分析目前鋰離子動力電池是動力電池發(fā)展的方向，鋰離子電池的優(yōu)點明顯，其缺點也同樣顯著。鋰離子電池的安全隱患是由其自身特點決定的：（1）電池能量密度高，如果發(fā)生熱失控，會放出很高的熱量，容易導(dǎo)致爆炸等不安全行為發(fā)生。（2）鋰離子電池由于采用有機電解質(zhì)體系，有機溶劑是碳?xì)浠衔?，?.6V易發(fā)生氧化，并且溶劑易燃，若出現(xiàn)泄露等情況會使電池著火，燃燒甚至爆炸。（3）過充電反應(yīng)會使正極材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而使材料具有很強的氧化作用，是電解液中溶劑發(fā)生強烈氧化反應(yīng)，反應(yīng)引起的熱量如果累積存在引發(fā)熱失控的危險。一般鋰離子電池最大放電倍率為2C,但是動力型鋰離子電池要求達(dá)到8C以上,大電流放電會使得電池極化增大,活性物質(zhì)的效率顯著降低并導(dǎo)致放電容量下降,而且還會因為電流密度過大,局部發(fā)熱過多,可能會導(dǎo)致正極材料和電解液、負(fù)極材料和電解液的化學(xué)反應(yīng)或電解液內(nèi)部的分解反應(yīng),并進一步產(chǎn)生大量氣體,使得電池內(nèi)部壓力升高,破壞電池結(jié)構(gòu),甚至因為短時間內(nèi)積聚大量的熱量而引起燃