1、電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)牟衍達(dá)牟衍達(dá)(山東科技大學(xué)青島黃島266590)摘要摘要：汽車(chē)用動(dòng)力電池分為鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池和其它（鋰聚合物電池、鋰硫電池、氫燃料電池）。核心技術(shù)由韓、日、美等國(guó)壟斷，其中韓日兩國(guó)電池占全球市場(chǎng)74%份額，且不斷向中國(guó)長(zhǎng)安、吉利等企業(yè)擴(kuò)張，國(guó)內(nèi)在技術(shù)及市場(chǎng)份額方面以比亞迪為代表。在技術(shù)性能、商用性能、環(huán)資評(píng)價(jià)等方面比較，發(fā)展趨勢(shì)為鋰離子電池。動(dòng)力電

2、池產(chǎn)業(yè)鏈上，國(guó)內(nèi)以上、中游產(chǎn)品為主，下游電池組仍存在核心技術(shù)、質(zhì)量、安全性等方面瓶頸問(wèn)題。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：電池；電動(dòng)汽車(chē)；鉛酸電池；鎳氫電池；鋰離子電池1電動(dòng)汽車(chē)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀電動(dòng)汽車(chē)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1.1國(guó)外現(xiàn)狀1837年Davidson制造了世界上第一輛以電池為動(dòng)力源的車(chē)輛[2]。通用的EV1、Impact，福特的、ETX2、Rcostar、Ranger，豐田的RAV4，雪鐵龍的AX106、SAXO等EV，采用了鎳氫電池、鋰電池等高能電池，快速

3、充電時(shí)間減少到15~20min，續(xù)駛里程增加到300~400km，其動(dòng)力性和機(jī)動(dòng)性仍然不如內(nèi)燃機(jī)轎車(chē)美國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的研究和開(kāi)發(fā)，得到了來(lái)自法律、政府的資金和科研力量的支持。1976年7月，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)《電動(dòng)汽車(chē)和復(fù)合汽車(chē)的研究開(kāi)發(fā)和樣車(chē)試用法令》，以立法、政府資助和財(cái)政補(bǔ)貼等手段加速發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)。1990年，加利福尼亞州在為防止大氣污染而制定的限制法規(guī)中規(guī)定：到1998年，“零污染”汽車(chē)的銷(xiāo)售額要占新車(chē)銷(xiāo)售額的2%；到2000年，“零污染

4、”汽車(chē)的銷(xiāo)售額要占新車(chē)銷(xiāo)售額的5%；到2003年，“零污染”汽車(chē)的銷(xiāo)售額要占新車(chē)銷(xiāo)售額的10%。隨后，美國(guó)東部的10個(gè)州也都通過(guò)了相應(yīng)的法規(guī)。法規(guī)的強(qiáng)力推行，促進(jìn)了電動(dòng)車(chē)小批量、商業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)踐應(yīng)用。此后，美國(guó)還出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)的政策。這些因素加快了美國(guó)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。美國(guó)三大汽車(chē)公司在1991年簽訂協(xié)議，合作研究電動(dòng)汽車(chē)車(chē)用先進(jìn)電池，成立先進(jìn)電池聯(lián)合體，同年7月美國(guó)電力研究院參加了美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合體，1992年，

5、美國(guó)電力研究院、克萊斯勒公司與南加州愛(ài)迪生公司共同開(kāi)發(fā)50輛電動(dòng)貨車(chē)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，美國(guó)1995年有190家電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)，共有電動(dòng)汽車(chē)2000多輛。福特汽車(chē)公司投資1.5億英鎊開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)，1993年研制成功，分赴美國(guó)各地進(jìn)行試運(yùn)行，采用480個(gè)鈉硫單位電池，取代原來(lái)的鉛酸蓄電池。福特公司還在德國(guó)投資3500萬(wàn)美元，成立歐洲研究中心，從事環(huán)保車(chē)的開(kāi)發(fā)和研究，福特公司研制的燃料電池轎車(chē)P2000是以氫為燃料的電動(dòng)汽車(chē)，它是用“質(zhì)子交換

6、膜”燃料電池.1.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀隨著我國(guó)對(duì)純電動(dòng)車(chē)研發(fā)力度的加大，我國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)在技術(shù)上趨于成熟。目前還存在諸多問(wèn)題需要我們?nèi)ソ鉀Q，如如降低成本、高可靠性和耐久性、強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性、關(guān)鍵部件壽命問(wèn)題、電氣安全技術(shù)[4]；電動(dòng)汽車(chē)控制與管理、電池及管理系統(tǒng)、充電機(jī)的技術(shù)、整車(chē)技術(shù)也不夠成熟。近幾年，中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的研究開(kāi)發(fā)工作進(jìn)入全面發(fā)展階段，電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)已出入端倪。2001年9月30日，科技部組織召開(kāi)了“十五”國(guó)家“863”計(jì)劃電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)可

7、行性論證會(huì)，會(huì)議研究通過(guò)了電動(dòng)車(chē)專(zhuān)項(xiàng)可行性研究報(bào)告，標(biāo)志著電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)項(xiàng)正式啟動(dòng)，這對(duì)中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重大戰(zhàn)略意義。專(zhuān)項(xiàng)確立了“三縱三橫”的研發(fā)布局，其中“三縱”是指燃料電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)三種整車(chē)技術(shù)，“三橫”指多能源動(dòng)力總成系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池三種關(guān)鍵技術(shù)。2006年《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃3.3.汽車(chē)電池的應(yīng)用前景和發(fā)展展望汽車(chē)電池的應(yīng)用前景和發(fā)展展望3.1鉛酸蓄電池鉛酸電池雖便宜，并在叉車(chē)、觀光車(chē)或者短途

8、公共汽車(chē)上作為動(dòng)力源應(yīng)用，但新一代鉛酸電池的比能量和循環(huán)次數(shù)仍存在嚴(yán)重的限制。未來(lái)使用鉛酸電池來(lái)驅(qū)動(dòng)在高速公路上行駛的電動(dòng)汽車(chē)是不實(shí)際的，但價(jià)格優(yōu)勢(shì)使其在輕度混合或者短途行駛的電動(dòng)汽車(chē)(如觀光車(chē))中仍占一席之地。然而，文獻(xiàn)[35]指出近期美國(guó)的“下一代電池和電動(dòng)車(chē)”中有一種超級(jí)電池(ultrabattery)是超級(jí)電容器與鉛酸電池的并聯(lián)使用。這種電池具有雙電層電容器的高比功率、長(zhǎng)壽命以及鉛酸電池價(jià)格便宜的優(yōu)勢(shì)，將具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。3.2鎳

9、氫電池鎳氫電池雖然具有較高的比能量和比功率等優(yōu)點(diǎn)；但由于需要大量使用鎳和鈷其成本較高，鎳鈷的稀缺性會(huì)導(dǎo)致其大批生產(chǎn)和使用時(shí)價(jià)格反而會(huì)上漲。目前，它仍然大量地應(yīng)用于混合動(dòng)力車(chē)，隨著鋰離子電池的大規(guī)模生產(chǎn)和成本的降低，鎳氫電池終將退出。例如，日本豐田汽車(chē)公司宣布最新一代Prius不再使用鎳氫電池而使用鋰離子電池。鎳氫電池是電動(dòng)汽車(chē)過(guò)渡階段使用的電池，但在近期和中期仍然是非常關(guān)鍵的動(dòng)力電池之一。3.3鋰離子電池。目前市場(chǎng)上的電池中，鋰離子電池

10、(鋰離子電池和鋰高聚合物電池)的性能最好，同質(zhì)量的鋰離子電池其能量是鉛酸電池的4~6倍，是鎳氫電池的2~3倍。價(jià)格和大功率鋰離子電池的安全性是它的最主要缺點(diǎn)[28]。2007年鎳氫電池的價(jià)格約為1500USDkWh，鋰離子電池價(jià)格為750~1000USDkWh[32]；因此價(jià)格劣勢(shì)主要是相對(duì)鉛酸蓄電池等而言。鋰離子電池的主要原材料為鋰，我國(guó)的鋰礦資源豐富，已探明的鋰總儲(chǔ)量居世界第2；鋰離子也存在于海水中，未來(lái)可利用太陽(yáng)能從海水中提取。此

11、外，鋰離子電池具有循環(huán)使用的潛力，可解決對(duì)原材料的需求問(wèn)題[36]。最終鋰離子電池的價(jià)格在大規(guī)模商業(yè)化之后會(huì)下降。實(shí)際上，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的汽車(chē)廠(chǎng)家選擇鋰離子電池作為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池，鋰離子電池技術(shù)方面的研究也在不斷地取得突破。我國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)科技發(fā)展“十二五”專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃中指出將推動(dòng)以鋰離子動(dòng)力電池為重點(diǎn)的車(chē)用動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使之具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。文獻(xiàn)[29]介紹近期在釩基磷酸鹽鋰電池技術(shù)上取得了進(jìn)展，此種鋰離子電池將比目前廣泛應(yīng)用的磷酸

12、鐵鋰電池具有更高的功率和更好的車(chē)輛應(yīng)用性能。對(duì)于鋰離子電池技術(shù)最大的挑戰(zhàn)是繼續(xù)擴(kuò)大電池容量，同時(shí)保證安全性和循環(huán)次數(shù)不受影響，并降低成本。4、電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展前景分析、電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展前景分析從中長(zhǎng)期看，即使電池技術(shù)進(jìn)一步成熟，燃油汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)兩條技術(shù)路線(xiàn)仍然是并行的，只是適用于不同的環(huán)境。電動(dòng)汽車(chē)適合城區(qū)短途運(yùn)輸，長(zhǎng)途、大型客貨運(yùn)輸仍將主要依賴(lài)燃油汽車(chē)。此外，隨著電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)進(jìn)步，燃油機(jī)的效率也在不斷提高。在僅考慮終端能源消耗的情況下，采

13、用煤電作為能源來(lái)源的電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)的能源效率和碳排放相差無(wú)幾，若考慮儲(chǔ)運(yùn)、轉(zhuǎn)換等過(guò)程的損耗，電動(dòng)汽車(chē)的表現(xiàn)要更差。電動(dòng)汽車(chē)的商業(yè)化建立在新能源的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)之上，只有電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力完全來(lái)自清潔能源時(shí)，其節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢(shì)才能得到充分體現(xiàn)。有專(zhuān)家樂(lè)觀估計(jì)，2020年電動(dòng)汽車(chē)在中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)的份額將超過(guò)15%，以此為基準(zhǔn)，按照國(guó)內(nèi)汽車(chē)年產(chǎn)銷(xiāo)量2000萬(wàn)輛計(jì)算，屆時(shí)電動(dòng)汽車(chē)保有量有望達(dá)到1000萬(wàn)輛。按照這一估計(jì)，電動(dòng)汽車(chē)盡管能夠替代上千萬(wàn)噸成品