動力鋰電池組技術瓶頸和鋰電池技術路線解析

來源：存能電氣  日期：2019-08-15 15:47  瀏覽量：次

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

　　動力鋰電池組技術瓶頸

　　一、續航旅程短：隨著技術的不斷發展，以鋰電池作為動力源的電動汽車續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。現在也有敏捷充電鋰電池，可以在1～2小時內布滿，但其負面影響極大，壽數會驟減至本來的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，到現在的電動汽車，安全事故不斷發生。

　　鋰電材料技術

　　●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、生產工藝簡單、熱穩定性高、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，循環過程中可能有錳元素的溶出影響電池在高溫環境中的壽命等問題。

　　●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，在實際使用時循環壽命會出現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的環形碳酸酯與低介電常數的線性碳酸酯混合。一般來說鋰電池的電解質應該滿足離子電導率高、電子電導低、電化學窗口寬、熱穩定性好等要求。六氟磷酸鋰及其它新型鋰鹽、溶劑提純、電解液配制、功能添加劑技術持續進步，目前的發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正在研制中。

　　鋰電池技術路線解析

　　目前在交通運輸用動力源方面，主要有四種技術路線：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、循環壽命和成本要求較高。從這方面看，磷酸鐵鋰電池是現階段各類鋰離子電池中較為適合用于儲能的技術路線，目前已投建的鋰電儲能項目中大多也都采用這一技術。此外，鈦酸鋰電池因其超長的循環壽命也受到廣泛關注，隨著未來技術成本降低，有望在儲能領域實現規模化應用。三元電池的主要優勢在于高能量密度，其循環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、電解質鹽及功能電解液技術的發展支撐了電池技術的進步和產業發展。電池系統技術在應用中進步，安全性和可靠性將在未來幾年得到進一步提升。