電動車使用鋰電動力發(fā)展前景分析

電動車使用鋰電動力發(fā)展前景分析

鋰動力電池成本占到電動車成本的三分之一到二分之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉛酸電池在整車中的比重，由此可見，鋰動力電池產(chǎn)品及服務(wù)將對未來電動車行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生較大的影響。如何更好地使用、維護(hù)、儲存鋰電動力電池將是成就高品質(zhì)電動車的尤為重要的因素。此簡單介紹“鋰離子動力電池特點及電動車使用鋰電動力發(fā)展前景”如下。

1、常用的二次可充電電池

???? ¨?鉛酸電池(Lead-acid): 1859年

???? ¨?鎘鎳電池(NiCd): 1960

???? ¨?鎳氫電池(NiMH):1989開始商業(yè)化

???? ¨?鋰離子電池(Li-Ion):1990（由索尼公司發(fā)明），1991年才開始商業(yè)化

???? ¨?聚合物鋰離子電池(PLi-Ion):1995發(fā)明，1999年才開始商業(yè)化

??????相對傳統(tǒng)的鉛酸以及鎳氫和鎘鎳電池而言，鋰離子電池的歷史很短，鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化和市場應(yīng)用迄今僅僅有十多年的時間（1990年由索尼公司發(fā)明，1991年才開始商業(yè)化），但卻是二次電池中發(fā)展最快的，目前正處于性能不斷提高，成本不斷降低，應(yīng)用領(lǐng)域快速擴大，市場份額急劇增長的階段。

??????鋰離子電池被稱為性能最為優(yōu)越的可充電電池，號稱“終極電池”，受到市場的廣泛青睞。隨著手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機、MP3、MP4、藍(lán)牙、PDA 和便攜攝像機等的消費和便攜式電子產(chǎn)品的持續(xù)走強，鋰離子電池的市場需求一直保持相當(dāng)高的增長速度，市場對于鋰離子電池的巨大需求也引導(dǎo)鋰離子電池行業(yè)的繼續(xù)走強，也使鋰離子電池在電動車方面的應(yīng)用成為可能(成本、材料、安全性、電化學(xué)性能、保護(hù)電路、充電器等)。

2、鋰離子動力電池的工作原理、結(jié)構(gòu)、特點及發(fā)展前景

2．1 鋰離子電池的工作原理

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鋰離子電池的工作原理是：電池充電時，正極材料中的鋰脫出來，穿過隔膜進(jìn)入到負(fù)極石墨中；電池放電時，鋰離子又從負(fù)極石墨中脫出來，穿過隔膜回到正極材料中。隨充放電的進(jìn)行鋰離子不斷的從正極和負(fù)極中嵌入和脫出。

2.2聚合物鋰離子的結(jié)構(gòu)

2.3鋰離子動力電池的特點及發(fā)展前景

????（1） 單體電池工作電壓高達(dá)3.7V，是鎳鎘電池, 鎳氫電池的3倍，鉛酸電池的近2倍，這也是鋰電池比能量高的一個重要原因。因此組成相同電壓的動力電池組時，鋰電池使用的串聯(lián)數(shù)目會大大少于鉛酸電池和鎳氫電池。如果動力電池中單體電池數(shù)量越多，電池組中單體電池的一致性要求就越高，壽命就越不好做，在實際使用過程中電池組有問題分析后，一般是其中一、兩個單體電池出問題然后導(dǎo)致整組電池出現(xiàn)問題，因此不難理解為什么48V的鉛酸電池比36V的鉛酸電池反饋要高，從這個角度上講鋰電更適合動力電池的使用。例如36V的鋰電只需要10個單體，而36V鉛酸電池需要18個單體電池，即3只12V的電池組，而每只12V的鉛酸電池有六個單格即六個單體電池組成。

????（2）重量輕，比能量大，高達(dá)150Wh/Kg,是鎳氫電池的2倍，鉛酸電池的4倍, 因此重量是相同能量的鉛酸電池的三分之一到四分之一，從這個角度講鋰電消耗的資源就少，而且由于錳酸鋰電池中所用元素的儲量比較多，因此相對鉛酸、鎳氫電池可能會進(jìn)一步漲價，鋰電池成本反而是進(jìn)一步降低的。電動自行車用鋰離子電池重量為2.2-4公斤，鉛酸電池的重量為12-20公斤，鋰電重量約為鉛酸電池的四分之一到三分之一，比鉛酸電池輕約10公斤（36V，10Ah電池），電池重量減輕了70％,整車總重量至少減輕了20％。加上一般鋰電車都是簡易款的電動自行車，由于電池和整車輕，相同電壓、相同容量的電池行駛里程更長，普通的電動車重量在40公斤以上,而鋰電池電動自行車重量在7到26公斤之間。女士和老年人都可以輕易搬動,人力騎行也十分輕便，運動休閑兼得。

????? （3） 體積小，高達(dá)到400Wh/L，體積是鉛酸電池的二分之一到三分之一。提供了更合理的結(jié)構(gòu)和更美觀的外形的設(shè)計條件、設(shè)計空間和可能性?，F(xiàn)階段由于鉛酸電池體積、重量的限制，設(shè)計師們的設(shè)計思想受到極大約束，導(dǎo)致現(xiàn)階段的電動自行車在結(jié)構(gòu)和外觀上“千車一面”、雷同相似、單調(diào)劃一。而鋰離子電池的使用，給設(shè)計師們提供了展示設(shè)計思想和設(shè)計風(fēng)格的更大空間及條件。當(dāng)然同時也導(dǎo)致電動自行車用鋰電池尺寸多種多樣，不利于鋰動力電池行業(yè)的發(fā)展。鋰動力電池行業(yè)也需要盡快制定電動自行車用鋰離子電池國家標(biāo)準(zhǔn)，加速在電動自行車領(lǐng)域鋰電對鉛酸電池的替代。當(dāng)然目前鋰電池是在不斷發(fā)展過程中的不同材料、不同工藝電池的體積有很大的差別，如何統(tǒng)一也是一個難點。

二次電池的能量密度

????? （4） 循環(huán)壽命長，循環(huán)次數(shù)可達(dá)1000次。以容量保持60%計，電池組100%充放電循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到600次以上，使用年限可達(dá)3-5年,壽命約為鉛酸電池的兩到三倍。隨著技術(shù)的革新，設(shè)備的提高，電池的壽命會越來越長，性價比會越來越高。

????? （5） 自放電率低，每月不到5%。

????? （6） 允許工作溫度范圍寬，低溫性能好，鋰離子電池可在-20℃～+55℃之間工作，尤其適合低溫使用，而水溶液電池(比如鉛酸電池、鎳氫電池)在低溫時，由于電解液流動性變差會導(dǎo)致性能大大降低。

????? （7） 無記憶效應(yīng)，所以每次充電前不必像鎳鎘電池、鎳氫電池一樣需要放電，可以隨時隨地的進(jìn)行充電。電池充放電深度，對電池的壽命影響不大，可以全充全放，我們循環(huán)測試就是全充全放的。

????? （8）特別適合用于動力電池，除了鋰離子電池電壓高之外，由于鋰離子動力電池組的保護(hù)板能夠?qū)γ恳粋€單體電池進(jìn)行高精度監(jiān)測，低功耗智能管理，具有完善的過充電、過放電、溫度、過流、短路保護(hù)、鎖定自恢復(fù)功能以及可靠的均衡充電功能，大大的延長了電池的使用壽命。而其他類型電池（比如鉛酸電池）在使用過程中由于電池一致性、充電器等問題，易產(chǎn)生電池過充、過放等問題（由于成本等各方面的原因，鉛酸電池組內(nèi)不能對每一個單體電池進(jìn)行監(jiān)測和保護(hù)）。

????? （9） 無污染，鋰電池中不存在有毒物質(zhì)，因此被稱為“綠色電池”，國家重點扶持。而鉛酸電池和鎘鎳電池由于存在有害物質(zhì)鉛和鎘，國家必然會加強監(jiān)管和治理（鉛酸電池出口退稅的取消，鉛資源稅的增加，鉛酸電動自行車出口的受限），相應(yīng)企業(yè)的成本也會增加。雖然鋰電池沒有污染，但從資源節(jié)約的角度考慮，鋰電池的回收，回收中的安全性，回收的成本也都需要考慮。

????? （10）存在安全隱患；由于鋰電池比能量高，材料穩(wěn)定性差，鋰電容易出現(xiàn)安全問題，目前世界上知名的手機和筆記本電腦電池（正極材料為鈷酸鋰和三元材料）生產(chǎn)企業(yè)，日本三洋、索尼等公司要求電池的爆噴率控制在40個ppb(十億分之一)以下，國內(nèi)公司能達(dá)到ppm(百萬分之一)級的就已經(jīng)不錯了，而動力電池的容量是手機電池容量的上百倍以上，因此對鋰電的安全性要求極高。雖然鈷酸鋰電池和三元材料的電池具有重量更輕，體積更小等優(yōu)點，但它們是不適合作動力電池應(yīng)用于電動車的。

????? ?(11)價格高；相同電壓和相同容量的鋰離子電池價格是鉛酸的3-4倍。隨著鋰離子動力電池市場的擴大，成本的降低，性能的提高，以及鉛酸電池價格的提高，兩、三年之后鋰離子動力電池的性價比是有可能超過鉛酸電池的。

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