| 东方汽车网 2009-06-30 15:27:03 作者:撰文／ 吴憩棠 |
| | | 我国《汽车产业调整和振兴规划》中提出了近三年形成50万辆纯电动车、插电式混合动力车和普通型混合动力等新能源汽车产能。接着，我国科技部、财政部发表了“关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知”，决定在北京、上海、重庆、长春、大连、杭州、济南、武汉、深圳、合肥、长沙、昆明、南昌等十三个城市开展千辆节能与新能源汽车示范推广试点工作，并对在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域率先推广的使用节能与新能源汽车给予财政补助。节能与新能源汽车是指混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车。在国家科技部和财政部举行的媒体见面会上指出，“这次示范推广运行的重点是混合动力汽车。纯电动车和燃料电池汽车由于技术复杂、生产成本高，并需另行建设有关充电站、加氢站等配套基础设施，短期内还不具备大规模推广的条件，但为形成相关技术储备、抢占未来汽车产业发展制高点，有必要进行小规模的商业示范运行，因此也纳入财政补贴范围”。
车用动力蓄电池基本情况
目前，应用于新能源汽车的动力蓄电池主要有铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子蓄电池等。而铅酸蓄电池虽价格低廉，但循环寿命短、能量密度和功率密度低、并有污染，因此已很少采用在新能源汽车上。而镍氢蓄电池比较成熟，成本较低、安全，但其续驶里程短、循环寿命低、比能量和比功率较低，其性能虽不及锂离子蓄电池，但仍是混合动力汽车动力蓄电池体系中已实现商品化、规模化的产品。丰田第二代和最近开发的第三代普锐斯混合动力车就是采用镍氢蓄电池。锂离子蓄电池由于工作电压高、体积小、能量密度和功率密度高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，因此是所有电动汽车近期发展的方向。
在全球范围内，新一轮以锂离子蓄电池作为替代能源的电动车和混合动力车旋风正在刮起，我国也已有上百家锂离子蓄电池(包括单体电池)生产企业正在进行投资、研发。
锂离子蓄电池现广泛应用于混合动力车和纯电动车的品种是锰酸锂(LiMnO4)锂离子电池和磷酸铁锂(LiFPO4)锂离子蓄电池。由日本新能源和工业技术开发机构(NEDO)提供的先进锂离子蓄电池性能指标见表1。
锂离子蓄电池、镍氢蓄电池、超级电容器、铅酸蓄电池、锂金属聚合物蓄电池性能见表2。
纯电动汽车用动力蓄电池技术尚不成熟
至今，日本汽车制造企业、科研机构、大学已研制开发出数十款纯电动汽车，但今年投放市场并进行小批量生产只有两种，一种是三菱i-MiEV微型轿车和富士重工RCE微型轿车。
虽然锂离子蓄电池广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑、便携式电子设备及手枪电钻等方面，可是纯电动汽车、插电式混合动力车及重度混合动力车需要的动力蓄电池性能要求与小容量锂离子蓄电池完全不同。它要求蓄电池模块容量大、电压高、功率大。这类动力蓄电池由于安全原因必须加装保护电路。此外，为延长每次充电后续驶里程，既要增加蓄电池模块容量，又要使重量增加不多，因此必须大幅度提高蓄电池模块的能量密度和体积能量密度，并降低制造成本及降低重量。另外，对单体电池的生产一致性要求更高，否则将使组合模块的性能受到很大影响。
目前在电动汽车上使用的大容量、高电压、高功率的锂离子蓄电池模块尚未过关。2008年8月，美国A123系统公司在丰田普锐斯混合动力车上，试装磷酸铁锂锂离子蓄电池来代替镍氢蓄电池。但在美国高速公路上行驶时，发生燃烧事故。
我国现有的上百家电池生产企业，有的过去是生产小容量锂离子电池，有的只生产单体电池。采用与小容量锂离子蓄电池相同原料和工艺方法用来生产大容量、高功率、高电压的锂离子蓄电池，且相当多的采用手工作坊式生产，因此提供的蓄电池模块往往生产一致性很差、单体电池之间容量一致性偏差超过3%。而且由这样的单体电池串联和并联而成的蓄电池模块，其能量密度、功率密度、循环寿命等都可能会大大低于单体电池性能指标。要生产大容量、高功率、高电压的锂离子蓄电池必须以用自动生产线来提高质量，以解决生产一致性差的问题。
此外，由于我国锂离子蓄电池性能测试没有国家标准，又没有一个按照ISO/TC22/SC21国际标准进行试验鉴定并获得通过的企业，尤其是蓄电池模块循环寿命次数如何测定以及是在哪种工况下(如电容量完全丧失或还存20%、30%时充电、采用IC还是3C充电等)测定。日本采用10-15工况，欧洲采用NEDC工况，而我国有的采用等速工况、有的采用城市工况、有的不带空调、有的带空调，因此各企业提出纯电动汽车续驶里程相差很大，令人无所适从。关键在于没有相关标准。
凡此种种，说明我国目前锂离子蓄电池要用于纯电动汽车批量生产技术尚不成熟，还只能进行示范运行。
我国生产锂离子蓄电池类型比较落后
我国目前大部分企业生产的锂离子蓄电池，如比亚迪、盟固利等都是第一代液态锂离子蓄电池LIB(Lithium ion bettery)。这种锂离子蓄电池又有两类：一类是采用液态有机电解质；另一类采用胶态高分子电解质。它们都需要用钢壳或铝壳等包装可燃溶剂活性电解质材料，以防止泄漏。这就增加了单体电池的重量，并限制了单体电池尺寸灵活性。由于锂离子蓄电池能量密度高，在过充电情况下，电池温度上升，造成液态电解质压力升高，因而增大了自燃或爆炸危险。而日本、德国和美国近几年来大力开发电动车普遍采用聚合物锂离子蓄电池LIP(Polymer lithium ion bettery)。
据介绍，聚合物锂离子蓄电池又有三类，即固体聚合物电解质锂离子蓄电池、凝胶聚合物电解质锂离子蓄电池和叠层型全固态聚合物电解质锂离子蓄电池。
固体聚合物电解质锂离子蓄电池没有液体或胶质电解质那样的有机溶剂，因此非常稳定，也不易因过量充电、碰撞引起其它损害。不过，在常温状态下，它的离子导电率低，适合于温度高的条件下使用；凝胶聚合物电解质锂离子蓄电池的固体聚合物电解质中加入增塑剂等添加剂，以提高离子导电率，可使蓄电池在常温下使用。这种聚合物电解质锂离子蓄电池采用铝塑膜包封，其内部结构与液态锂离子蓄电池不同，虽仍有安全隐患，但不会爆炸，只会鼓胀；叠层型全固态聚合物锂离子蓄电池的正极涂有锰系化合物活性物质，以金属锂直接作为负极，并具有固态电解质。
以前，金属锂未曾被作为负极材料，是由于金属锂在负极上会结晶形成树枝状的“枝晶锂”。它生长到一定程度会刺破隔离膜，造成蓄电池内部短路，存在安全隐患。而现在采用固体电解质可有效抑制“枝晶锂”生成，因而将金属锂作为负极材料不仅可避免液态或胶态锂离子蓄电池的漏液，且可制成能量密度更高、体积更小的叠层型固体电解质锂离子蓄电池。
据日本报道，未来2~3年内，叠层型固体电解质锂离子蓄电池将是下一代各类电动汽车的动力蓄电池。2007年10月，日本NEC公司宣布，已开发出一种全固态锂离子蓄电池。蓄电池模块由7个单体电池串联而后两列并联，其充电电压29.6V，额定容量8.6Ah，而质量仅为2.5kg。将11个蓄电池模块再串联成为大容量动力蓄电池模块，电压高达326V。蓄电池模块质量小于30kg，比我国液态锂离子蓄电池模块轻200kg。
我国各锂离子蓄电池生产企业都在投入巨资引进生产设备，建立生产线或自制生产线来生产锂离子蓄电池第一代产品——液态锂离子蓄电池，而不是国外正在发展中的聚合物锂离子蓄电池。因此各相关企业应及早调整方向，考虑将资金投入研制聚合物电解质锂离子蓄电池这才是上策。
我国近期尚不宜推广纯电动汽车
要使纯电动汽车和混合动力车在动力蓄电池充满电后能与采用内燃机具有同样的续驶里程，那么动力蓄电池能量密度要达到现在锂离子蓄电池水平的8~10倍，且需要大电流充电，以缩短充电时间。但目前锂离子蓄电池尚达不到这个要求。
我国目前生产的锂离子蓄电池，特别是单体电池的企业不少，但现生产的锂离子蓄电池单体电池和蓄电池模块性能差距较大，亦即我国大容量、高电压、高功率锂离子蓄电池尚不具备批量生产的条件，只能通过示范运行来发现问题，以便解决问题。由于我国至今没有国家标准，又没有按国际标准进行鉴定，因此各企业生产的锂离子蓄电池(含单体电池)能量密度、功率密度、循环寿命次数等性能指标由各企业自行制订试验规范进行试验，不具有可比性。由于没有按国际标准进行鉴定，其安全性指标也不能得出正确结论，存在安全隐患。尤其是汽车续驶里程由于试验条件不同，因而得出不同的续驶里程结果，无法在市场上比较。
同时，纯电动汽车(含插电式混合动力车)和混合动力车所用锂离子蓄电池在汽车行驶过程中，或夜间必须进行充电。但其基础设施充电站建设需要大量资金。而充电站必须保持一定的密度才能便于车主充电。因此在示范运行的城市中的停车场、超市、各小区都要有充电站，这项基础设施工程非常庞大，投资也非常大，不是最近几年可解决的。如去年北京奥运会为了满足车用动力蓄电池充电的需要，在奥运区域投资3000万元建立了充电站。明年上海世博会更计划在世博园区投资约4000万元建设充电站，为世博园内运行的纯电动汽车进行充电。同时，必须要备有专用的充电器和电流容量大于15A的电线。
为了保证我国电动汽车有更长的续驶里程，甚至达到和超过传统内燃机续驶里程的水平，应加快研制聚合物锂离子蓄电池，提高蓄电池性能，解决锂离子蓄电池生产一致性和锂离子蓄电池模块与单体电池之间性能差别过大等关键问题。这里显然要经过一个逐步实现的过程。 |
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