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中國電動車信息網(wǎng) 電動車商情網(wǎng) 俠名 電動車維修 2005-1-6 1
摘要:聚合物鋰電池是新近發(fā)展起來的先進蓄電池,除具有一般液態(tài)鋰電池的優(yōu)良特性外,還有尺寸小、重量輕、設計靈活等特點,因此世界(Mondi)各大電池公司均把這一生產技術看作是未來(Futura)發(fā)展的重點,以期在電子、通訊及電動車輛等高科技領域中發(fā)揮優(yōu)勢。本文收集報道了國內外研究機構、電池廠商在此領域的研究動態(tài)和發(fā)展成果。 關鍵詞:聚合物 鋰電池 電動車 1990年日本Sony公司向世界(Mondi)宣布:一種工作電壓高(3.6V)、比能量高(80—100Wh·Kg-1)、循環(huán)壽命長(1000次)、自放電率低(12%月-1)、無記憶效應和無污染的新型鋰離子蓄電池研制成功。這條消息在當時令國際電池界,特別是鋰電池界感到震驚,并立即在世界(Mondi)范圍內掀起了繼MH-Ni蓄電池之后的鋰離子蓄電池研究和產業(yè)化熱潮。 短短幾年內,這種電池從提出設想到如今已達到年產幾百萬只的生產水平,它主要應用于移動電話、小型報錄像機和筆記本電腦等領域。然而到1998年以后鋰離子電池出現(xiàn)供過于求的趨勢,價格下降幅度較大,業(yè)內人士認為其產量與價格已達到新的理性發(fā)展階段。 與此同時,一種新型的鋰電池脫穎而出,它采用固態(tài)的或膠體態(tài)的聚合物電解質代替“傳統(tǒng)”的液態(tài)電解質,這就是人們所稱的聚合物鋰電池也叫塑料鋰離子(PLI)電池,PLI電池除具有“傳統(tǒng)”鋰離子電池高比能量和長壽命的性能外,還有特殊的穩(wěn)定性和易加工性,能做成薄片狀或其它任意形狀,可以說是新一代的二次電池。 大容量鋰蓄電池約于1995年開始發(fā)展,其中研究實力強大的組織機構有美國的USABC(美國先進電池聯(lián)合會),日本的“新陽光(Sunbeam)計劃”,歐洲的“Joule計劃”,其宗旨是發(fā)展用于電動車,航天和儲能方面的實用電池。1996年索尼公司首次向世界(Mondi)展示了用鋰離子蓄電池驅動的電動車,法國SAFT公司則在1998年宣布,電動車用鋰離子蓄電池(50Ah)已達到試生產階段。其它不少單位也均研制成功性能各異的樣品電池。開發(fā)電動車用鋰蓄電池是擴大其應用領域的方向之一,但從目前的發(fā)展狀況來看,離實用化還有差距。 1、聚合物鋰電池的進展 1999年電池界引人注目的就是聚合物鋰電池。它是液態(tài)鋰離子蓄電池的基礎上發(fā)展起來的。與其它蓄電池相比,它具有比能量高、電壓高、循環(huán)壽命長、安全性好和無記憶效應等特點,表1列出了聚合物鋰電池與其他蓄電池在性能上的差別。從目前市場(Rialto)使用效果表明,聚合物鋰電池的安全性和電性能是令人滿意的。作聚合物鋰電池,其優(yōu)點有兩個,其一是電池可以做得很輕,其二在形狀上自由度很大。電解質是膠狀的或完全是固體的,沒有漏液的擔心。也沒必要一定在金屬殼內,可以放在塑料外殼內,這樣可以使電池減輕重量。形狀可以是片狀,也可以做成大面積的電池。目前的 PLI電池技術結合了液體和聚合物兩者的優(yōu)點,即它的惰性聚合物基質可以吸收大量的液體溶液,又可通過迭層結合的方法實現(xiàn)連續(xù)生產。我們目前的研究結果表明這種電池已達到了在室溫下1C速率循環(huán)1500圈后仍保持初始容量的80%的水平,且能量密度達到約130Wh·Kg-1和300Wh·L-1。 雖然早在1997年日本Maxcell公司已將這種電池的樣品提供給一些有關廠家,日本湯淺公司隨后也宣布計劃大批量生產這種電池,但在1998年并沒有出現(xiàn)在容量方面與液態(tài)鋰電池相比的聚合物鋰電池。而到了1999年,聚合物鋰電池已開始投放市場(Rialto),因此1999年可以稱為聚合物鋰電池元年,表2為日本各電池廠家聚合物電池產業(yè)化生產化計劃[2] 在產品特征上,松下的聚合物電池尺寸為65mmX35mmX1.75mm,重為3g,電池電壓為3.7V,容量為100mAh,比手機用鋰離子電池輕。湯淺的電池尺寸為51mmX75mmX1.5mm,電壓3.6V,容量175mAh,用作便攜式唱可供電3小時,體積比能量109Wh-L-1,重量比能量70Wh-Kg-1。日本麥克(Mack)塞爾也是最早生產聚合物鋰電池的廠家,電池厚度僅是液態(tài)鋰離子電池的一半。產品用于筆記本電腦等便攜終端。索尼、東芝、三洋也均把這種電池看作是下一代的電池。 據(jù)美國著名的商業(yè)咨詢公司Kline報道[3],最近索尼、松下電子工業(yè)(MBI)和Thmas&Betts(T&B)三家公司對鋰離子聚合物電池進行聯(lián)合商業(yè)化生產。這是該項技術發(fā)展中的一個重要里程碑。該公司預計固態(tài)或膠狀電解質的鋰離子電池將在五年內占所有銷售的鋰離子電池的20%-25%,并在10年中會接近30億-40億只。它還指出,這項技術不會只是小范圍的應用,它能夠滿足用戶的需求而成為便攜式電器的主選電池。 在全世界(Mondi)約有30家公司正在將鋰聚合物電池的一些類型或相關技術進行商業(yè)化,較大的鋰離子電池生產商如Sanyo,Toshiba及其他小一些的公司也將在今年進入鋰電池市場(Rialto)。Powerdex公司的產品已取得Motorola公司認證,上市也是指日可待。加拿大一家公司“Electrofuel”展覽了他們的薄形聚合物鋰離子蓄電池塊,“1301006”型10.5Ah,460Wh·L-1,176Wh·Kg-1,“1301005”型,7.5Ah, 473Wh·L-1,160Wh·Kg-1。 國內也有近十家公司正在進行或準備進行產業(yè)化生產。廈門寶龍工業(yè)有限公司于1998年建立中試生產線,經(jīng)過兩年的生產工藝的探索,將科研成果很好地轉化為生產力,實現(xiàn)產業(yè)化生產,目前產品已頗具規(guī)模。該公司主要生產如諾基亞、廈華、摩托羅(Toro)拉等多種品牌的手機電池,電池厚度均在8mm以下,其主要產品的性能指標如表3所示。此外,它還開發(fā)出用于專業(yè)攝象機、礦井燈用電池以及聯(lián)想、紫光筆記本電腦等電池,而掌上電腦和軍用產品等新品電池正在開發(fā)中。 我國電動的研究開發(fā)近年來勢頭也越來越強大,已經(jīng)進入有組織、有領導的全面發(fā)展階段。1996年由國家科委組織了“電動汽車實施方案”綜合評審會,將電動汽車項目列入國家重大科技產業(yè)工程�,F(xiàn)在各國所研制的電動汽車大多采用鉛酸電池,我國所出現(xiàn)的大多汽車樣車也是用它做電源。這是由于它的價格低于其它電池, 而且比功率也較大。目前風帆公司及鎮(zhèn)江蓄電池廠已在我國的改裝車上試用這種電池,其中在面包車上采用了20只12V·150Ah的電池,而小轎車上則使用10只裝電池組。但是用它們做電源的車輛,一次充電的續(xù)駛里程只能在100公里左右,最高車速約80km-h-1。存在的最大問題是均勻性差,個別電池累計不足100km就需更換。另外電池過多過重必然影響它的運載能力。因而人們都在研究新型蓄電池。 電動車同時也是氫電池和鋰離子電池競爭的市場(Rialto),目前產品多以MH-Ni電池為主。與汽油發(fā)動機并用的復合式電動汽車。由松下電池公司提供氫電池,豐田(TOYOTA)汽車公司制造的復合式電動汽車,在1998年冬奧會上使用,受到廣泛好評。目前該公司每月生產這樣的復合電動汽車3000輛,每臺售價250萬日元,比一般的燃油汽車貴70萬日元。湯淺也做了這方面的努力工作。三洋公司看到電動汽車很有發(fā)展前途,也強化了電動汽車用電池的研究。1999年各汽車公司相繼發(fā)表了許多復合式電動汽車方面的新聞,但從使用的情況來看,電池的重量以及高溫時充電效率仍存在問題。 鋰離子電池在電動汽車以及復合式電動汽車上的應用已展開。作為電動汽車應用,電池成本是個決定性因素。另外,在容量大型化的時候,電池還存在有安全性問題。盡管如此,這種電池在電動汽車中的應用仍具競爭力的。因為在安全方面,安全回路可以做得非常簡單,而且鋰電池技術的發(fā)展很快,在成本和安全問題上取得了突破性進展。 美國汽車巨頭與電力研究所(EPRI)在能源部的贊助下,共同組建了一個聯(lián)合體USABC(美國先進電池聯(lián)合會)。由它向電池制造廠商、研究院所訂立合同,規(guī)定了中期、長期電池性能指標(見表5)。第14屆國際電動汽車討論會(EVS-14)上美國能源部代表宣布了1996年美國四種電池的性能指標(見表6)。由此看來達到USABC的目標還有一定距離。 此外,美國電池協(xié)會(USABC)還提出,聚合物鋰電池的發(fā)展目標是在五年內實現(xiàn)EV電池產業(yè)化。而在EV-15大會上,Letuomeau作了題為“電動車用聚合物鋰電池進展”的專題報告,指出這一目標的實現(xiàn)不會太遙遠,聚合物鋰電池具有EV電池產業(yè)化生產所需的能量指標、循環(huán)壽命和安全性。 有關專家認為,誰掌握了體積小、重量輕、持續(xù)行程遠、安全性能好、生產成本低的電動汽車用蓄電池是極具發(fā)展?jié)摿Φ模l就能獲得電動汽車市場(Rialto)的主導權。從這一點來看,聚合物鋰電池將逐漸占領充電電池市場(Rialto)。但產品是因市場(Rialto)需要而誕生的,電池也不例外,不可能期望一種電池包打天下。從長遠的觀點來看,電動車蓄電池仍是必然的發(fā)展需求,因此研究開發(fā)的競爭將更趨激烈。 3.結論 1.固態(tài)鋰電池,作為充電電池的前沿技術,具有設計靈活、性能優(yōu)良、價格合理和安全性等綜合特性,國內外廠家對該產品的產業(yè)化生產作了大量的投入。 2.電動車用電池種類多,競爭激烈,至今仍沒有哪一種電池取得市場(Rialto)的主導權。鋰離子電池的研究日漸成熟,而作為鋰離子電池的換代產品,聚合物鋰電池更是人們關注的熱點,有望在電動車方面發(fā)揮作用,進而實現(xiàn)產業(yè)化。 |
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