汽车用动力电池的研究进展

　　摘要：近年来，随着石油，天然气等能源材料的开采和大量使用以及汽车行业的发展，石油等能源材料的不可再生性日益受到广泛的关注。人们迫切的在寻找一种替代能源来用作汽车动力。在此情况下全球各个研究小组都致力于汽车动力电池的开发，各大汽车公司纷纷推出各种混合动力汽车。而用作汽车的动力电池更是决定汽车的动力性能的关键。

　　目前的动力电池有以下几种。

　　1 铅酸动力电池

　　由于铅酸电池具有高的开路电压、低廉的成本、使用可靠、大电流放电性能良好、原材料丰富及铅回收率高等优点，使得铅酸电池在电动车上得到广泛应用。目前在纯电动车上应用的电池主要是铅酸电池。铅酸电池的缺点是污染严重，而且质量比能量和体积比能量低。ectreosorce公司，德国阳光公司，美国Arias公司，美国BPC公司以及瑞典OPTLMA公司都在进行车用铅酸动力电池的研究，通过各自的技术取得了不错的进展。

　　2 镍氢动力电池

　　镍氢电池的技术成熟，耐过充和过放电、安全性较好、具有高能量和高功率的特性。缺点是镍氢电池的物质"活性"较强、容易外逸、封装技术要求很高，同时镍氢电池在高温条件下，充放电效率较低，副反应较大，严重影响电池的续驶里程，因此需要提高电池的高温充放电性能。而提高镍氢电极的高温性能是改善电池高温性能的关键。通过提高高温充放电性能，镍氢充电池在电动汽车的应用方面的取得了很大的发展。

　　3 锂离子动力电池

　　锂电池以其高比能量，自放电少，循环寿命长，无记忆效应和绿色环保等特点备受关注。目前锂离子电池主要有以下材料：钴酸锂，锰酸锂，磷酸铁锂，还有比较少见的磷酸铁锰等。

　　3 . 1 钴酸锂动力电池

　　钴酸锂是第一代商业化的锂离子电池，具有很多优点：比能量高，性能稳定，体积比能量高，高低温放电容量稳定。缺点是安全性差，价格昂贵，污染环境。目前商业化的小型动力锂离子电池材料主要是钴酸锂。

　　3 . 2 锰酸锂动力电池

　　锰酸锂具有较高的电压平台，较高的安全性能，低廉的价格。缺点是比容量较低，循环性能较差，高温循环性能差。目前已知的全球主流车厂宣布的锂动力汽车，几乎都采用的锰酸锂动力电池。日本的丰田，日产，本田，三菱正研制锰酸锂作为电动汽车的动力电池。美国福特，法国雷诺等汽车厂商对锰酸锂动力电池进行很久的测试。国内的北京大学新能源材料与技术实验室及中信国安盟固利公司几年来致力于新型动力用锂离子二次电池的研制，最近分别在电池关键材料锰酸锂的合成及动力电池技术研究方面取得了突破性的进展。

　　其研究的动力电池的电动公交车及小型电动客车参加了由法国的米其林公司在上海主持举办了的国际清洁能源车"必比登"挑战赛，取得了优异的成绩。在奥运期间为50多辆奥运纯电动公交车提供全部动力锂电池和技术服务，成功保障了世界首次大规模纯电动公交车"零排放""零故障"安全运行，引起全球同行的广泛关注。海马计划在2011年推出纯电动汽车和油电混合汽车，采用大功率、高能量的锰酸锂电池组为其提供电能。

　　3 . 3 磷酸铁锂动力电池

　　磷酸铁锂近年来逐渐成为动力电池的研究热点。具有安全性高，循环性能好，绿色环保，价格低廉的优点。缺点是：电压平台低，振实密度低，倍率电流低，低温放电性差。成为制约磷酸铁锂商业化的瓶颈。近年来的研究在低温性能和倍率电流方面取得了很大的突破。日本三井公司生产的磷酸铁锂最高可以进行20C倍率的充放电，在3C倍率下充放电500次容量保持90%以上。

　　法国的SAFT公司生产的磷酸铁锂可以进行150C充放电。目前世界上性能最高的磷酸铁锂是由麻省理工学院（MIT）研制的A123.通用汽车和奇异共同开发汽车与公交车用的磷酸铁铿锂电池模块采用A123,通用在2008年初展出的yoltConeept概念电动车，其电源系统由通用与美国Cobasys公司联合开发，其中的磷酸铁锂动力电池便由A123生产。在国内，万向电动汽车有限公司在磷酸铁锉动力电池开发方面走在了前列。已成功开发了电动轿车、电动公交车、双能源电车、电动电力工程车及服务车等车型，装备自主开发的聚合物锂离子动力电池和动力系统的纯电动公交车在杭州西湖Y9公交线路已经运行3年。比亚迪汽车也预计采用磷酸铁锂作为动力电池推出混合动力汽车。

　　4 其他新型材料

　　目前燃料电池也被用于电动汽车的动力电池，燃料电池与内燃机不同，它不像内燃机那样将化学能变为热能再转化为有用功，也不同于普通蓄电池的充放电、电能与化学能相互转化的过程，而是将燃料的化学能直接变为电能，因而热损小，能量转换效率高。与内燃机比，高50%~100%,与普通蓄电池比高100%~200%.氢气燃料电池运行过程采用氢和氧化学反应直接转化为电能，排出的只有水，属于零污染，碳氢化合物燃料电池运行过程中除排出水外，还要产生CO2和极少量的CO、HC、NOX等有害气体，属超低污染。一般把燃料电池和超级电容器联用，解决燃料电池对工作温度的要求。燃料电池和超级电容器具有互补性，是较理想的混合动力模式，也是混合动力车的发展方向之一。韩国现代推出的途胜FCEV是一款搭载燃料电池和超级电容器混合动力车。德国戴姆勒在2009年6月7~11日于奥地利维也纳举行的"World Congre s s and Mobi l i ty&Ci ty Tr anspor tExhibition"上，全球首次公开了燃料电池混合动力大巴"Citaro FuelCELLHybrid".首先将生产30辆，供给欧洲主要巴士交通公司，2009年秋季开始将在多个城市作为线路大巴开始大规模实证实验。太阳能电池利用太阳光，将光能转化成电能，零排放无污染，且无来源枯竭之忧，如能充分利用将成为一种理想的能源。目前利用太阳能电池的混合动力电池的研究正在进行。

　　5 结语

　　节能和环保的要求促进了电动汽车的发展。而电动汽车发展的关键就在于汽车用动力电池发展。展望未来，汽车用动力电池如能满足电动汽车及混合动力汽车动力系统的需求，将得到飞速发展。动力电池发展的关键是多能源控制优化，以便在满足动力性的同时提高能源效率并降低排放，同时发挥其附加值，使其更智能、可靠、舒适并降低成本。