动力锂电池组技术瓶颈和锂电池技术路线解析

来源：存能电气  日期：2019-08-15 15:47  浏览量：次

　　动力锂电池组技术瓶颈和锂电池技术路线解析。电动汽车的发展需要更好的电池，动力锂电池的比能量、寿命、安全性和价格，对纯电驱动汽车的发展至关重要。就目前来讲，锂电池组技术已是比较成熟，遇到瓶颈问题亦是不可避免。如何打破瓶颈，获得电池技术的进一步发展，这是本文探讨的话题。

　　动力锂电池组技术瓶颈

　　一、续航旅程短：随着技术的不断发展，以锂电池作为动力源的电动汽车续航旅程已由开始的不到100公里增加至300公里左右，单个车型的续航旅程突破了400公里。但与燃油汽车的干流跋涉旅程500公里对比还有一定距离。

　　二、充电速度慢：相对于跋涉旅程短，锂电池组充电较慢是电动汽车更大的制约。在正常速度下，电动汽车的动力锂电完全布满需要4～8小时。现在也有敏捷充电锂电池，可以在1～2小时内布满，但其负面影响极大，寿数会骤减至本来的1/3，且电池功用会显着下滑。燃油汽车则不存在这些疑问，加油时间不超过5分钟，安全性和稳定性都能得到保证。

　　三、安全功用待完善：自锂电池组诞生以来，安全疑问就一直困惑消费者。从手机、笔记本，到现在的电动汽车，安全事故不断发生。

　　锂电材料技术

　　●正负极材料

　　锂电正负极材料体系非常丰富，目前，钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰锂等正极材料研究已趋于成熟。钴酸锂材料比容量有200-210mA·h/g，其材料真密度和极片压实密度均是现有正极材料中最高的，商用钴酸锂/石墨体系的充电电压可提升4.40V，已经可满足智能手机和平板电脑对高体积能量密度软包电池的需求。锰酸锂原料成本较低、生产工艺简单、热稳定性高、耐过充性好、放电电压平台高、安全性高。适合作为轻型电动车辆的低成本电池，但存在理论容量比较低，循环过程中可能有锰元素的溶出影响电池在高温环境中的寿命等问题。

　　●负极材料

　　可用于动力电池的负极材料有石墨、硬/软碳以及合金材料，石墨是目前广泛应用负极材料，可逆容量已能达到360mAh/g。无定形硬碳或软碳可满足电池在较高倍率和较低温度应用的需求，开始走向应用，但主要是与石墨混合应用。但因锂嵌入硅后导致其体积膨胀，在实际使用时循环寿命会出现降低的问题有待进一步解决。

　　●电解液

　　锂离子电池电解液一般以高介电常数的环形碳酸酯与低介电常数的线性碳酸酯混合。一般来说锂电池的电解质应该满足离子电导率高、电子电导低、电化学窗口宽、热稳定性好等要求。六氟磷酸锂及其它新型锂盐、溶剂提纯、电解液配制、功能添加剂技术持续进步，目前的发展方向是进一步提高其工作电压和改善电池高低温性能，安全型离子液体电解液和固体电解质正在研制中。

　　锂电池技术路线解析

　　目前在交通运输用动力源方面，主要有四种技术路线：锂离子电池、氢燃料电池、超级电容和铝空气电池。其中锂离子电池、超级电容和氢燃料电池得到广泛的应用，而铝空气电池尚处于实验室研究阶段。能源补给方面，锂离子电池、超级电容适用于纯电动汽车，但是需要外部充电，而氢燃料电池汽车则需要外部氢气加注，铝空气电池则需要补充铝板和电解液。

　　锂电技术路线多，储能更注重安全性和长期成本。与动力锂电池相比，储能用锂电池对能量密度的要求较为宽松，但对安全性、循环寿命和成本要求较高。从这方面看，磷酸铁锂电池是现阶段各类锂离子电池中较为适合用于储能的技术路线，目前已投建的锂电储能项目中大多也都采用这一技术。此外，钛酸锂电池因其超长的循环寿命也受到广泛关注，随着未来技术成本降低，有望在储能领域实现规模化应用。三元电池的主要优势在于高能量密度，其循环寿命和安全性较为局限，因而更适合用作动力电池。

　　在未来相当长一段时间里，锂电池组仍是最适用的电动汽车电池，锰酸锂正极材料、三元体系正极材料、磷酸铁锂正极材料、复合碳负极材料、陶瓷涂层隔膜、电解质盐及功能电解液技术的发展支撑了电池技术的进步和产业发展。电池系统技术在应用中进步，安全性和可靠性将在未来几年得到进一步提升。