第1章铅酸蓄电池
1.1 铅酸蓄电池的发展历史
自从1859年法国人普兰特(Plante)发明铅酸蓄电池，至今已有140多年的历史。在这一百多年以来，人们对它进行不断的研究和改进，使铅酸蓄电池得到了极大的发展。1881年，富莱和布鲁希用铅的氧化物和硫酸水溶液混合制成铅膏涂在铅板上，较好地防止了活性物质的脱落;1882年，由于铅锑合金板栅的使用而大大提高了电池极板的强度，进一步提高了铅酸蓄电池的寿命;二十世纪二十年代发明使用了胶体电解液;二十世纪七十年代成功开发出了电解液不流动、不冒酸、不溢液、不需添液加水、完全免维护的阀控式密封铅酸蓄电池，这种电池于二十世纪九十年代成为铅酸蓄电池的主流。到目前为止，阀控式密封铅酸蓄电池经不断完善，技术已趋于成熟。
1.2 铅酸蓄电池
1.2.1 特性
铅酸蓄电池主要由正极极群、负极极群、电解液和容器组成。它的正极是PbO2，负极是金属Pb，正负极板放在硫酸的水溶液。
铅酸蓄电池单体工作电压2V，工作电压范围为1.7～2.2V,最佳放电电流为2C。
1.2.2 铅酸电池工作原理：
放电过程:
PbO2 + 2H2SO4 + Pb→PbSO4 + 4H2O + PbSO4 (放电)
正极电解液负极正极电解液负极
放电过程，正极的Pb02与H2SO4。作用，生成过硫酸铅Pb(SO4)2和水。过硫酸铅板很不稳定，它分解成的Pb4+沉附在正极板上而SO42-进入电解液中，负极中的Pb在硫酸溶液的溶解张力作用下，Pb2+会溶到电解液中，留下2个电子在负极板上，电池将形成2.1V的电动电势。如果外电路接通，负极板的电子将沿着外电路向正极板作定向移动，形成放电电流。这时的化学反应为:正极板上Pb4+得到2个电子变成Pb2+，Pb2+与SO42-结合成Pb SO4沉附在正极板上，负极上受到
电子束缚力减少的Pb2+与SO42-结合成Pb SO4沉附在负极板上。
充电过程:
充电过程是放电过程的逆反应，充电的生成物就是放电的反应物。
铅酸蓄电池在充电后期和过充电时，会发生电解水的副反应，在电极上产生一定量的气体。
正极: 2H2O → O2+ 4H+ + 4e
负极:2H+ +2e→H2
1.2.3 铅酸蓄电池的优点
(1)价格低廉。原材料容易得到而且价格便宜；技术成熟；生产方便；产品一致性好。
(2)比功率高。铅酸蓄电池电势高，大电流放电性能优良，可以满足车辆启动和加速的功率要求。
(3)浮充寿命长。其在25°C下浮充状态使用可达20年。
(4)使用安全。铅酸蓄电池易于识别电池荷电状态，可在较宽的温度内使用，而且电性能稳定可靠。
(5)再生率高。
1.2.4 铅酸蓄电池的缺点
(1)比能量低。
(2)循环寿命短。循环充电次数不足300次。
(3)自放电，过充电时有大量气体产生。
(4)供电不稳定。供电强弱随温度而变化,冬天只能释放一半的电量
(5)使用寿命短，因具有记忆效应,在电池存有残余电量时进行充电。
(6)污染严重。
1.2.5 铅酸蓄电池的应用
铅酸蓄电池由于原材料来源丰富，价格低廉，性能优良，是目前工业、通讯、交通、电力系统最为广泛使用的二次电池。目前，主要应用领域有:
(l)汽车和摩托车行业。主要是为发动机的起动点火和车载电子设备的使用提供电能等;
(2)工业电力系统。用于输变电站、为动力机组提供合闸电流，为公共设施提供备用电源以及通讯用电源;
(3)电动汽车和电动自行车行业。取代汽油和柴油，作为电动汽车或电动自行车的行使动力电源;
(4)新能源用铅酸蓄电池。绿色新能源如风能和太阳能发电时，先给铅酸蓄电池充电，通过逆变器将铅酸蓄电池的直流电变换为交流电，然后对外供电。
此外，铅酸蓄电池还广泛应用于矿井、飞机、坦克、潜艇、工厂的搬叉车等领域，作为这些行业设备的照明用电、应急电能、甚至作为动力电源。总之，铅酸蓄电池的应用面广和应用量大。
1.3 阀控密封式铅酸蓄电池
阀控蓄电池发展
MF、SLA、VRLA都是国内外对阀控蓄电池陆续使用过的称谓。MF(Maintenanee 一Free)是免维护蓄电池的简称;SLA(SealedLead一AeidBattery)是密封铅酸蓄电池的简称;VRLA(ValveRegulatedLead一AeidBattery)直译应为阀控式铅酸蓄电池，在一些文献中也采用了其直译名称，国标GBT19638.2一2005固定型阀控密封式铅酸蓄电池中译为阀控密封式铅酸蓄电池。这是阀控蓄电池的当今的名称。从MF、SLA到VRLA，不仅是名称的改变，也说明了阀控蓄电池的发展历程。
早期的“免维护蓄电池”MF，是指蓄电池所用期不需加水、补酸。蓄电池免维护技术的应用可追溯到20世纪30年代。1935年美国为军用的目的，首次将Pb一Ca合金栅应用于需要低自放电率(浮充)场合。70年代中期，美国的Gates 公司推出了现代MF电池。80年代，由于先进的冶金、化工新技术引人电池行业中使MF电池更加完善，出现了SLA一密封铅酸蓄电池的称谓。SLA除了采用电池内部气体复合技术外，还对电池结构进行了改进，采用单向气阀，使电池达到密封。随着排气阀(安全阀)的日益完善，特别是有比较准确的开、闭阀压力，阀成了气体复合与防泄漏、密封的主要部件。因而称为VRLA(ValveRegulatedLead 一AcidBattery)阀控密封式铅酸蓄电池。
1.3.1 工作原理：
PbO2 + 2H2SO4 + Pb→PbSO4 + 4H2O + PbSO4 (放电)
正极电解液负极正极电解液负极
放电时，正极板中的活性物质二氧化铅，负极板中的活性物质海绵状铅与电解液中的硫酸反应，生成硫酸铅和水。放电过程中，硫酸逐渐消耗，电解液比重下降。充电时，硫酸铅又分别转化成二氧化铅和海绵状铅，硫酸的浓度也逐渐提高。在充电的最终阶段，电解液中的水开始电解，正极板上产生氧气：
2H2O===O2↑+4H++4e-，（3）
氧气通过隔板中的通道传输到负极板上，并与活性物质海绵状铅及硫酸反应，使一部分活性物质变成硫酸铅，同时抑制了氢气的产生：
2Pb+O2===2PbO，（4）
2PbO+2H2SO4===2PbSO4+2H2O，（5）
在负极，由于与氧气反应而变成放电状态的硫酸铅经过继续充电，又回到充电状态：
2PbSO4+4H++4e-===Pb+2H2SO4，（6）
负极上的反应!式(4)+式(5)+式(6)的和为：
O2+4H++4e-===2H2O，（7）
这正是正极板上（反应式3）的逆反应。
综上所述，正极板由于电解水而产生的氧气，与负极板中的活性物质反应并被还原成水，蓄电池内部几乎没有水的损耗，因此阀控密封式铅酸蓄电池密封性能特别好。
1.3.2 阀控密封式铅酸蓄电池的特点
(1)密封性好，电解液呈凝胶状并被吸收在高孔率的隔板内,不会自由流动或溢出,不会发生电解液泄漏,放置方式比较自由。
(2)极板栅采用少锑或无锑铅合金，自放电小。
(3)正负极全被隔离板包围，有效物质不易脱落，性能稳定，寿命较长。
(4)采用阴极吸收法抑制气体产生，利用负极容量过剩吸收氧气，由阀盖调节内外气压平衡，水分蒸发少，使用中不需要添加蒸馏水。
(5)电池内阻小，大电流放电特性好。
1.4 免维护铅酸蓄电池（MF）
全密封免维护铅酸蓄电池是我国近年来日趋广泛应用的新型备用电源。这种阴极吸收式免维护铅酸蓄电他采用特殊铅合金作板栅，用全新活性物质添加剂倪方，超微玻璃丝夹膜作隔板，从而避免了水的损失，使蓄电池的自放电减少到最低程度。由于产品在设计上保证了在电解反应过程中，正极产生的氧通过夹膜的气体通道在负极上重新还原成水，达到免维护的目的。
免维护铅酸蓄电池出厂时已充足电能，拿来即可直接投人使用，不需灌注电解液和初充电。该电池在现场可任意方位放置作用，可以钢架积木式组合，也可直接放在电源架上运行。这种蓄电池以它具有的免维护、高能量、无污染、安全可靠的卓越性能，无疑将取代传统的铅酸蓄电池及福镍蓄电池产品。
1.4.1 工作原理
所谓免维护蓄电池是指在规定的使用条件下,使用期间不需要进行维护的蓄电池。对于车用铅酸蓄电池来讲,也就是使用期间不需经常添加蒸馏水、搁置期间尽量减少自放电的蓄电池。
免维护蓄电池采用特殊的铅合金作板栅，超微玻璃丝夹膜作隔板，从而避免了水的损失，使蓄电池的自放电减少到最低程度。在电解反应过程中，正极产生的氧通过夹膜的气体通道在负极上重新还原成水，达到免维护的目的。
1.4.2 免维护蓄电池的性能特点
(1)免维护蓄电池在有效使用期内（3.5～4年），不需要补加蒸馏水。
(2)免维护蓄电池与普通蓄电池相比，其自放电量要少得多。免维护蓄电池可以较长时间湿式存储。
(3)内阻小、启动性能好。单体电池间采用穿壁式连接，减小了蓄电池内阻。
(4)接线极桩腐蚀小。免维护蓄电池由于设计有新型通气装置,不但能保存单体电池中的酸气,预防火花或火焰引起的爆炸,还能保持其顶部干燥,因而减少了接线极桩的腐蚀。
(5)耐过充电性能好。
(6)使用寿命长。实践证明:免维护蓄电池的使用寿命,一般在四年左右,几乎是普通蓄电池使用寿命的两倍。
1.5 铅酸蓄电池的发展方向
铅酸蓄电池优良的性价比使得它在二次电池领域中占有统治地位。虽然阀控式铅酸蓄电池(VRLAB)的技术已趋成熟，但仍然存在循环寿命短、浮充电压不一致、可靠性不高、比能量低等问题，这些问题还有待于解决。而电池新技术的不断采用、应用领域的不断开拓和深人、镍基电池和锉离子电池成本的降低和能量性能的提高，又使得铅酸蓄电池面临着很大的挑战。铅酸蓄电池只有在技术上不断改进和创新才不会被别的化学电源所代替。
阀控式铅酸蓄电池是一种明显降低维护或完全免维护的电池，其性能不断得到改进，新的功能不断增加，已经开始取代传统的铅酸蓄电池，成为新一代铅酸蓄电池。铅酸蓄电池的发展方向是完善VRLAB技术，主要也就是提高比能量和循环寿命等性能和使用特性，以满足不同用途的电性要求;进一步提高VRLAB的可靠性，使其成为新型12V和36v实用化汽车电池，以开拓新的应用领域。.
第2章镍镉电池
镍镉电池虽然具有大电流放电能力强、比能量高、维护简单等特性,但存在记忆效应严重、使用寿命较短以及过度充电易发生爆炸等致命的缺点。此外,镉是有毒的物质,一旦泄漏会污染生态环境。ATSDR的资料显示,镉由呼吸道吸入后,可引起肺部损伤和死亡,长期暴露可引起肾脏疾病。另外,据健康和人类服务部介绍,镉“极有可能是一种致癌物质”。因此,现在国内作为动力型的电池中,镍镉电池已基本被淘汰。
2.1 特性
镍镉蓄电池的正极材料为氢氧化亚镍和石墨粉的混合物，负极材料为海绵状镉粉和氧化镉粉，电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
镍镉电池的放电电压根据其放电装置有所差异，每个单元电池大约是1.2V。镍镉电池的放电终止电压为1.0V。0～50℃温度范围的综合循环性能较好，镍镉电池对低温较为敏感。
2.2 工作原理分析
2.2.1放电过程中的电化学反应
负极反应：负极上的镉失去两个电子后变成二价镉离子Cd2+，然后立即与溶液中的两个氢氧根离子OH-结合生成氢氧化镉Cd(OH)2，沉积到负极板上。
正极反应：正极板上的活性物质是氢氧化镍（NiOOH）晶体。镍为正三价离子（Ni3+），晶格中每两个镍离子可从外电路获得负极转移出的两个电子，生成两个二价离子2Ni2+。与此同时，溶液中每两个水分子电离出的两个氢离子进入正极板，与晶格上的两个氧负离子结合，生成两个氢氧根离子，然后与晶格上原有的两个氢氧根离子一起，与两个二价镍离子生成两个氢氧化亚镍晶体。
2.2.2 充电过程中的化学反应
负极反应：充电时负极板上的氢氧化镉，先电离成镉离子和氢氧根离子，然后镉离子从外电路获得电子，生成镉原子附着在极板上，而氢氧根离子进入溶液参与正极反应。
正极反应：在外电源的作用下，正极板上的氢氧化亚镍晶格中，两个二价镍离子各失去一个电子生成三价镍离子，同时，晶格中两个氢氧根离子各释放出一
个氢离子，将氧负离子留在晶格上，释出的氢离子与溶液中的氢氧根离子结合，生成水分子。然后，两个三价镍离子与两个氧负离子和剩下的二个氢氧根离子结合，生成两个氢氧化镍晶体。
2.3镍镉电池的优点
(1)其内部抵抗力小，既内阻很小，可提供大电流，而且放电时电压变化很小，是一种非常理想的直流供电电池。
(2)与其它类型的电池比较，镍镉电池可耐过充电或放过电,镍镉电池在长时间放置的情况下,特性也不会劣化,充分充电后可完全恢复原来的特性,。
(3)由于单元电池采用金属容器,坚固耐用。采用完全密封的方式,不会出现电解液泄漏现象,故无须补充电解液。
(4)镍镉电池可重复500次以上的充放电，非常的经济
2.4镍镉电池的缺点
(1)镍镉电池有记忆效应,记忆效应使得电池的性能不能得到充分发挥.
(2)使用寿命较短以及易发生爆炸等致命的缺点。
(3)镉是有毒的物质,一旦泄漏会污染生态环境。
第3章镍氢电池
3.1 特性
镍氢电池和同体积的镍镉电池相比，容量增加一倍，充放电循环寿命也较长，并且无记忆效应。
镍氢电池是有氢离子和金属镍合成，镍氢电池的端电压标准电压为1.2V,电压的工作范围为1.0V～1.4V,放电终止电压0.9V，最佳充电率为0.2C～0.5C,工作放电率为0.5C,最大放电率不超过2C.
3.2 基本工作原理
镍氢电池正极的活性物质为NiOOH(放电时)和Ni(OH)2(充电时),负极板的活性物质为H2(放电时)和H2O(充电时),电解液采用30%的氢氧化钾溶液,电化学反应如下:
充电反应：正极:Ni(OH)2+OH-—e→NiOOH+H2O
负极:H2O+e →1/2H2+OH-
总反应:Ni(OH)2→ NiOOH+1/2H2
放电反应：正极: NiOOH+H2O→Ni(OH)2+OH-—e
负极:1/2H2+OH-→H2O+e
总反应:NiOOH+1/2H2→Ni(OH)2
从方程式看出:充电时,负极析出的氢气贮存在容器中,正极由氢氧化亚镍变成氢氧化镍(NiOOH)和H2O;放电时氢气在负极被消耗掉,正极由氢氧化镍变成氢氧化亚镍。
3.3 镍氢电池的优点
(1)能量密度
体积比能量:提高材料性能和增加电池内填充密度,镍氢电池体积能量
(2)低温放电特性
具有较好的低温放电特性,即使在-20℃环境温度下,采用大电流(以1C放电速率)放电,放出的电量也能达到标称容量的85%以上。
(3)镍氢电池通常充放电循环次数可达到1000次。
(4)镍氢电池中,不用价格很昂贵的有毒物质—金属镉,因此,镍氢电池生产、使用
以及废弃后,均不会污染环境,因此被称为绿色电池。
(5)镍氢电池无记忆效应,可随时充电。
3.4 镍氢电池的缺点
(1)镍氢电池正常工作在-15～40℃，对高温时性能较差
(2)镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多，性能比锂电池要差。
3.5 结论
镍氢电池应用于电动车之可行性分析是根据目前电动车存在的弊端,尤其是在发达国家交通工具不断增加和多样化,导致能源严重浪费,环境严重污染等现象下进行的。电动车除了商业价值考量外,更是环保趋势下重要一环,因此有必要辅以政府公权力政策引导,促成产业早日落实;由于镍氢电池是我国具有较强资源优势的高科技产品,在国际市场具有较强的竟争优势。该电池相对于其它电池(镍镉电池,锂电池,铅酸电池等)而言,具有高比能量、高功率、适合大电流放电、可循环充放电、无污染,被喻为“绿色电源”。目前,镍氢电池已被广泛应用于行动电话、手提式摄影机、笔记型计算机、数字相机、PDA、CD player等,另外,根据美国USABC和日本公司对各种电动车用电池的性能以及发展潜力比较论证,综合考虑电池的可靠性、安全性、电池材料的资源与环境问题以及电池性能的发展趋势,确定镍氢电池是近期和中期电动车使用的首选动力电池。虽然目前镍氢电池应用于电动车还有一些技术上的问题,但相信这些问题在不久的将来都可以得到解决。
第4章锂离子电池
4.1 发展现状
锂离子电池是在锂电池的基础上发展起来的一种新型电池。作为一种小型轻量、高容量、对环境安全的新型电池,锂离子电池主要用于便携式摄放一体机、CD游戏机、移动电话机、笔记本电脑等家用小型电器设备,随着这些电器的迅速发展,锂离子电池的生产及需求量也会与日俱增。
4.2 锂离子电池特性
所谓锂离子电池是指分别用两个能可逆地嵌入和脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。
锂离子电池的构造由正极、隔离膜、负极三层组成，电池正极由钴氧化锂制成，负极材料由改性石墨制成，隔离膜采用只允许锂离子通过的聚稀多孔膜。单体锂离子电池的端电压标准电压为3.6V或3.7V,电压的工作范围为3.0V～4.2V,放电终止电压2.9V，最佳充电率为0.5C～1.0C,工作放电率为2C,最大放电率不超过5C.
4.3 工作原理
电池充电时，Li+从正极脱出，通过电解液和隔膜，嵌入到负极中。反之，电池放电时，Li+由负极脱嵌，通过电解液和隔膜，重新嵌入到正极中。由于Li+在正负极中有相对固定的空间和位置，因此电池充放电反应的可逆性很好，从而保证了电池的长循环寿命和工作安全性。
4.4 锂离子电池的优点
(1)单体锂离子电池的端电压高为3.6V或3.7V，而镉镍电池、镍氢电池的端电压均为1.2V。就工作状态而言，离子电池稳定放电终止电压一般为镉镍电池、镍氢电池的3倍，因此组合使用的锂离子电池容易获得更高的电压。
(2)重量比能量(Wh/kg)高，即同重量的锂离子电池提供的能量比其他电池高。锂离子电池的重量比能量一般在100～170之间，为镉镍电池、镍氢电池的2～3倍。因此同容量的电池，锂离子电池要轻很多。
(3)体积比能量(Wh/L)高，即同体积的锂离子电池提供的能量比其他电池高。锂离子电池的体积比能量一般在270～460之间，为镉镍电池、镍氢电池的2～3
倍。因此同容量的电池，锂离子电池体积小很多。
(4)循环使用寿命长。锂离子电池充放电次数500～1000次，聚合物锂离子电池则在1000次以上。
(5)没有记忆效应，可随时补充充电。
(6)自放电率低。锂离子电池在首次充电的过程中会在碳负极上形成一层固体电解质钝化膜（SEI），它只允许离子通过而不允许电子通过，因此较好地防止放电，使得贮存寿命增长，容量衰减减小。锂离子电池的自放电率每月为3%～9%，镉镍电池在25%～30%之间，镍氢电池在30%～35%之间。因此，同样环境下锂离子电池保持电荷的时间长。
(7)工作环境温度范围宽，一般可在-30～+60℃之间工作，具有良好的高温和低温工作性能，特别是在-20℃条件下，仍能够释放出90%的容量。
(8)锂离子电池不含任何汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)等有毒元素，是真正的绿色环保电池。
4.5 锂离子电池的缺点
(1)锂离子的充电方式为先恒流再恒压，单节电芯上限电压为4.2V，电压超限会损坏电池，甚至爆炸！
(2)锂离子电池具有较大的内阻，无法实现真正意义上的快速充电和放电。高速率放电、充电将致使电池温度超过允许的范围，引发安全隐患。因此，使用中要严格限制锂离子电池放电速率和充电速率，严格控制锂离子电池的工作温度。
(3)锂离子电池主要由正极活性材料, 易燃有机电解液和碳负极等构成。因此，锂离子电池的安全性主要是由这些组件间的化学反应引起,活性物质起着主要的作用。碳负极、正极活性物质、电解液等都会在正常使用和滥用情况下发生化学反应而放出热量,引起电池的升温,，进一步促使反应的加剧, 当热量积累到一定程度的时候, 便有着火和爆炸的危险。
(4)锂电池易受到过充电、深放电以及短路的损害。
过充电时，过量嵌入的锂离子会永久固定于晶格中，无法再释放，可导致电池寿命短。
过放电时，电极脱嵌过多锂离子，可导致晶格坍塌，从而缩短寿命。
4.6 锂离子电池的发展前景
锂离子电池投放市场还不到八年时间,对于它的改进还有很大的潜力,锂离子电池作为新型的能源在性能的提高上仍有很大的空间。但是,尽管锂离子电池具有比能量高、循环寿命长等优点,但它还有许多不足,主要有电池成本较高、不能大电流充放电、耐过充能力差等。因此,今后对锂离子电池的改进方向为:(1)降低成本;(2)进一步提高电池容量;(3)进一步实现电池的轻量化。这与目前国际电池市场的发展趋势是一致的,这就为锂离子电池最终进入国际市场提供了方便条件,从而对锂离子电池的产品开发和生产起到有利的促进作用。总之,随着锂离子电池价格的降低及其性能的进一步改善,锂离子电池将进一步取代Ni/Cd、Ni/MH电池,成为世界上最有发展前景的电池。
第5章磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电池于1997年由美国德克萨斯州大学JohnGoodenough教授的研究小组最早发明，发明之初并没有得到太多的关注。2006年春天，全球最大的电动手工具大厂Black&Decker推出一款电压为36V的无电线新型电动手工具，这款工具的特点是采用了可lh高速充电、具有强大的功率性能、高安全性及2000次以上循环寿命的磷酸铁锂电池，电池由A123公司提供。这款产品的热卖引起许多相关业者的关注，包括磷酸铁锂电池的专利拥有者一一美国德州大学。由于磷酸铁锂具有安全、稳定性高，环保、原料无毒，价格便宜等优势，已经成为未来锂离子电池的发展方向。
5.1 磷酸铁锂电池的特性
磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料，而其它正极材料由于多种原因，目前在市场上还没有大量生产。磷酸铁锂也是其中一种锂离子电池。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。
5.2 磷酸铁锂电池的工作原理
充电过程中，磷酸亚铁锂中的部分锂离子脱出，经电解质传递到负极，嵌入负极碳材料；同时从正极释放出电子，自外电路到达负极，维持化学反应平衡。
放电过程中，锂离子自负极脱出，经电解质到达正极，同时负极释放电子，自外电路到达正极，为外界提供能量。
磷酸铁锂电池的标称电压为3.2V,电压的工作范围为3.0V～3.3V,最佳充电率为0.5C～1.5C,工作放电率为2C,最大放电率不超过10C.
5.3 磷酸铁锂电池的优点
(1)正极材料的安全性：磷酸铁锂为正交橄榄石型结构，锂与氧是共价键结构，这一特性决定了在高温下磷酸铁锂更难释放出氧，大大提高了锂离子电池的安全性。可以放电到0V，电池无大的损伤；与有机电解液反应活性低；热力学稳定状态，400°C以下无变化。
(2)电解液分解、枝晶短路诱因弱化：磷酸铁锂电池的工作电压较低，可选的电解液体系的电化学窗口要求较低，有望使用更廉价、性能更优异的电解液体系。由于工作电压较低，引发电解液分解、枝晶短路的诱因弱化，进一步提升了电池的安全性。磷酸铁锂超强的安全性能使其跨越了锂离子电池大型化障碍，成为一种真正可用的动力型锂离子电池
(3)长寿命：磷酸铁锂电池的正极材料在充放电过程中体积变化非常小，结构稳定，使其具备长寿命的特性。其100%深放电的循环寿命可达2000次以上，这一特性，使磷酸铁锂电池具有极高的性价比优势。
(4)高温性能：磷酸铁锂电池的高温性能优异，只要电解液和负极体系选择得当，磷酸铁锂电池在45℃环境下连续储存和连续工作，对寿命几乎没有影响，这大大拓宽了磷酸铁锂电池的应用领域。
(5)环保：整个生产过程清洁无毒，所有原料都无毒。
(6)价格便宜：磷酸盐采用磷酸源和锂源以及铁为原材料，价格便宜。
5.4 磷酸铁锂电池的缺点
(1)低温性能：磷酸铁锂电池的低温性能是令人担心的问题，一般的磷酸铁锂电池在一10℃的容量保持仅为常温的60%左右。
(2)比能量：与其他锂离子电池相比，磷酸铁锂电池的工作电压较低，体积比能量和重量比能量偏低。
(3)导电性差：磷酸铁锂不能得到大范围应用的主要问题，需往磷酸铁锂颗粒内部掺入导电碳材料或导电金属微粒，或颗粒表面包覆导电碳材料，提高材料的电子导电率。
5.5 前景展望
磷酸铁锉电池具备绿色环保、材料来源广泛、降价空间大、安全性能好、循环寿命长、能量高.、重量轻等突出优势，几乎可在各种应用领域取代传统化学电源。又由于环境危机和能源危机的来临，带动绿色能源需求，尤其是绿色动力能源需求的增加，给磷酸铁铿电池创造了巨大的市场空间。
第6章钴酸锂电池
6.1 钴酸锂电池特性
目前锂离子电池中应用最多的是层状LiCoO2,结构比较稳定电池充放电时,锂离子可以从所在的平面发生可逆脱嵌/嵌入反应。钴酸锂的实际比容量低,且在反复充放电过程中,活性物质结构在多次收缩和膨胀后发生改变,导致LiCoO2发生松动和脱落,造成内阻增大,容量减小。其根本原因在于LiCoO2是锂离子的嵌入式化合物,充电时如果过多的锂离子(一半以上)从Li-CoO2中脱出,LiCoO2会发生晶型改变而不再具有嵌入和脱出锂离子的功能。
6.2 钴酸锂电池优缺点
钴酸锂作为目前商业化且使用量最大的锂离子电池正极材料,其生产工艺成熟,性能良好,具有比其他正极材料更优越的循环性能。但是,仍存在着许多缺点:安全性能稍差,循环性能不理想,其放电容量远未达到理论值,理论克容量为274 mAh/g,而现市场上钴酸锂的克容量只有145 mAh/g左右。同时,由于钴资源缺乏、价格昂贵、锂离子电池正极材料钴酸锂因成本高等因素,制约了钴酸锂在市场上的应用及发展。
6.3 发展前景
目前商用的钴酸锂的实际容量仅为理论容量的50%,还具有很大的提升潜力。为了提高其可逆容量和循环性能,进一步研究钴酸锂的晶型结构,更深入地优化和改进合成方法,寻找新的元素掺杂,研究各种元素的协同作用,进行多组分掺杂,从而提高钴酸锂的比容量和循环性能,达到大范围的商用。
第7章燃料电池
7.1 燃料电池的工作原理
燃料电池是一种电化学发电装置，它将燃料和氧化剂的化学能通过电化学反应（而不是燃烧）直接变换为电能。由于它工作时需要连续消耗燃料和氧化剂，所以被称为燃料电池。
燃料电池在工作的时候向阳极供给燃料（氢），向阴极供给氧化剂（氧气）。氢在阳极催化剂的作用下，分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向阴极，用电负荷就接在外部电路中。在阴极上，氧气在催化剂的作用下同电解液中的氢离子吸收抵达阴极上的电子形成水。
7.2燃料电池优点
(1)效率高。燃料电池发电不通过热机过程，没有中间环节的能量损失，理论上它的发电效率可达85%-90%，但实际上由于各种极化限制，目前各类燃料电池的能量转化率达到40%-60%，如果实现热电联供，燃料总利用率达70%-80%。(2)机动灵活。燃料电池发电装置由许多基本单元组成。一个基本单元是两个电极夹一个电解质板，基本单元组装起来就构成一个电池组，再将电池组集合起来就形成发电站。
(3)燃料多样。虽然燃料电池的工作物质主要是氢，但它可用的燃料有煤气、沼气、天然气等气体燃料，甲醇、轻油、柴油等液体燃料，甚至包括清洁煤。
(4)环境友好。以纯氢为燃料时，燃料电池的化学反应物仅为水；以富氢气体为燃料时，其二氧化碳的排放量也极为有限。
7.3 燃料电池缺点
(1)燃料电池造价偏高。
(2)碳氢燃料无法直接利用。
(3)氢燃料基础建设不足。
技术参数铅酸蓄电池镍镉蓄电池镍氢蓄电池锂离子电池磷酸铁锂电池单体电压2V 1.2V 1.2V 3.6V或3.7V 3.2V
1.7 ～
2.2 1.0～1.4 1.0～1.4
3.0～
4.2 3.0～3.3
电压工作
范围V
40 30～5050～80100～125120
单位重量
能量Wh/kg
70 150 200 240～300210
单位体积
能量Wh/l
寿命400 500 500 1000 1500
高温特性差好差好好
低温特性差好好好差
5% 15～30%25～35%2～5%10%
自放电率
(月)
记忆效应有有有无无
环保有毒有毒略有污染无毒无毒
安全性良好优秀好差优秀
四大锂电池材料分析 一、锂电池材料组成 正极材料 负极材料 隔膜 电解液 锂电池 正极材料、负极材料、隔膜、电解液是锂电池最主要的原材料，占整个材料成本近80%。二、锂电池材料介绍1．正极材料 1) 正极材料分类及对比正极材料包括钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、镍钴锰三元材料（NMC）、磷酸铁锂（LFP）等。 1)正极材料行业现状 LCO最早实现商业化应用，技术发展至今已经比较成熟，并已广泛应用在小型低功率的便携式电子产品上，如手机、笔记本电脑、数码电子产品等。LCO的国产化已经接近十年，自2004年以来市场发展很快，2006年至今年平均增幅25%左右；据了解，目前国内锂电池企业的正极材料国产化近90%，供求关系比较稳定，从行业生命周期看，LCO市场经过近几年的高速发展，即将进入稳定期。目前，国内LCO
生产企业主要有湖南杉杉、湖南瑞翔、国安盟固利、北京当升等。 LMO主要作为LCO的替代产品，优点是锰资源丰富，价格便宜，安全性高，但其最大的缺点是容量低，循环性能不佳，这也是限制LMO发展的主要原因，目前通过掺杂等方法提高其性能。LMO应用范围较广，不仅可用于手机、数码等小型电池，也是目前动力电池主要选择材料之一，与LFP在动力电池领域形成竞争态势。国内LMO生产企业包括湖南杉杉、国安盟固利、青岛乾运、深圳源源等。 NMC，即三元材料，融合了LCO和LMO的优点，在小型低功率电池和大功率动力电池上都有应用。主要厂家包括深圳天骄、河南思维等。LFP是被认为最适合用于动力电池的正极材料，具有高稳定性，安全性，现已成为各国、各企业竞相研究的热点。慧聪邓白氏认为，目前，国内宣称可以生产LFP的企业很多，全国LFP产能规模近6,000吨，但实际量产数远低于产能数，主要原因在于技术性能仍达不到锂电池厂家的要求，并且LFP专利的国际纠纷仍然影响了其在国内的发展。目前，主要厂家包括天津斯特兰、北大先行等。 2．负极材料国内应用的负极材料主要包括人造石墨、天然石墨、CMS（中间相炭微球）、钛酸锂等，其中人造石墨分为人造石墨和复合人造石墨等，天然石墨分为天然石墨、改性天然石墨等。近几年负极材料行业发展迅速，国内企业增长较快，2008年全国负极材料实际供货量近9,000吨，同比增长41。目前，负极材料仍然以人造石墨与天然石墨为主，石墨材料在整个负极材料中占85%左右；其次是CMS。负极材料厂家包括深圳贝特瑞、上海杉杉、长沙海容等。 3．隔膜 随着国内锂电池生产规模扩大，对隔膜的需求也年年上升，自2006年来，整体隔膜市场容量年增幅均在30%左右。自2006、2007年多个国内隔膜企业投产以来，
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 新能源车辆的动力电池组均衡管理系统的发展现状概述(新编Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
新能源车辆的动力电池组均衡管理系统的发展现状概述(新编版) 新能源车辆的开发和研究已经是时代的主流，其中电动汽车受到了市场越来越多的关注，在电动汽车中，电池系统是重要组成部分，特别是锂电池在交通领域的应用，对于减少温室气体的排放、降低大气污染以及新能源的应用有着重要的意义。目前，电动汽车存在安全性低、寿命段、充电时间长和使用成本高的问题，而电池管理系统作为电池保护和管理的核心部件，作为电池和车辆管理系统以及驾驶者沟通的桥梁，电池管理系统对于电动汽车性能起着越来越关键的作用。本文介绍了电池组均衡管理的技术发展历程、专利申请情况和涉及的主要申请人。 随着能源紧缺、城市环境污染的日益严重，替代石油的新能源在车辆的开发利用被各国政府越来越重视。而动力电池是电动汽车
的核心部件，目前车辆的动力电池存在能量密度低、价格高、寿命短等缺点，而锂电池在使用一段时间以后，电池单体性能差异在整个生命周期内客观存在，直接影响到动力电池组的使用寿命，为此，需要给予动力电池能源控制和管理，使得动力电池性能得到一定的提升。 目前，美国电动车公司生产的特斯拉纯高级电动汽车（Tesla）之所以取得成功，其核心技术就是优异的电池管理技术，采用了两千多块锂电池进行串并联设计，可以维持整个电池包的工作状态以及监控每个电池单元的系统来确保电池的高性能，使得车辆具备稳定的动力性能和优良的安全性能，具有快速充电技术，将充电时间缩短到合理的水平，在电动车领域突破了技术上的瓶颈，取得了成功，实现了从实验室转向批量生产，对汽车行业有着重大突破意义。 电池组均衡管理概述 我国《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》已于2009年7月1日正式实施，其中电动汽车的开发研究已经被纳入重大项目。 目前，电池组在多次充/放电循环后各单体电池出现电压或者电
深入浅出史上最易懂的动力电池系统 设计讲解 2 [摘要]动力电池系统设计要以满足整车的动力要求和其他设计为前提，同时要考虑电池系统自身的内部结构和安全及管理设计等方面。 动力电池系统指用来给电动汽车的驱动提供能量的一种能量储存装置，由一个或多个电池包以及电池管理（控制）系统组成。动力电池系统设计要以满足整车的动力要求和其他设计为前提，同时要考虑电池系统自身的内部结构和安全及管理设计等方面。 比如整车厂会针对要设计的整车，在考虑安全设计、线束连接线设计、接插件设计等相关要求后，形成一个有限的动力电池系统空间大小。然后在有限的空间约束下，进行电池模组、电池管理系统、热管理系统、高压系统等布置，保证电池单体及模块均匀散热，保证电池的一致性，提高电池系统的寿命与安全。设计时要考虑到的一些整体和通用性原则包括安全性好、高比能量、高比功率、温度适应性强、使用寿命长、安装维护性强、综合成本低等。
一种典型的动力电池系统 由于不同种类电动汽车的结构和工作模式的不同，导致对动力电池的性能要求也不一样。纯电动汽车行驶完全依赖于动力电池系统的能量，电池系统容量越大，可以续航里程越长，但所需电池系统的体积和重量也越大。虽然混合动力汽车对动力电池系统的容量要求比纯电动汽车要低，但要能够在某些时候提供较大的瞬时功率。而串联式和并联式混合动力汽车对电池系统的要求又有所区别。 因此动力电池系统的设计流程一般如下：（1）先确定整车的设计要求；（2）然后确定车辆的功率及能量要求（3）选择所能匹配合适的电芯（4）确定电池模块的组合结构形式（5）确定电池管理系统设计及热管理系统设计要求（6）仿真模拟及具体试验验证。
新能源汽车动力电池应用现状及发展趋势 发表时间：2019-03-12T16:17:31.607Z 来源：《电力设备》2018年第27期作者：张玉良 [导读] 摘要：新能源汽车的三大核心技术包括电池、电控、电机,其中电池相关技术是人们最为关注、研究投入最大的问题.从上世纪研发出铅酸电池开始,到如今锂离子电池广泛应用于各方各面,在超过一个多世纪的时间里,科研工作者一直在不断地探索试图改进电池的性能.在对传统电池进行改良的同时,科研人员不断尝试新的技术和材料,创造出新型的电池.种种迹象表明,电池技术大改革的时代即将到来,各种新型的、性能优良的电池会渐渐出现在 （北京昌平 102206） 摘要：新能源汽车的三大核心技术包括电池、电控、电机,其中电池相关技术是人们最为关注、研究投入最大的问题.从上世纪研发出铅酸电池开始,到如今锂离子电池广泛应用于各方各面,在超过一个多世纪的时间里,科研工作者一直在不断地探索试图改进电池的性能.在对传统电池进行改良的同时,科研人员不断尝试新的技术和材料,创造出新型的电池.种种迹象表明,电池技术大改革的时代即将到来,各种新型的、性能优良的电池会渐渐出现在人们的生产生活之中。 关键词：新能源汽车；电池应用；发展趋势 一、国内动力电池产业发展现状 我国的锂离子电池研究项目一直是“863”的重点项目，经过二十多年的持续支持，大部分材料实现了国产化，由追赶期开始向同步发展期过渡，本土总产能居世界第一，支撑了我国新能源汽车的示范推广。 1、正极采用磷酸铁锂材料，负极采用石墨材料，研发的50Ah能量型电池，能量密度达到136.6Wh/kg，功率密度达到1101W/kg；研发的20Ah能量功率兼顾型电池，能量密度达到106.5h/kg，功率密度达到1119W/kg。 2、正极采用尖晶石锰酸锂、镍钴锰三元混合材料，负极采用人造石墨材料，研发的25Ah软包装能量型电池，能量密度达到 162Wh/kg；研发的35Ah能量功率兼顾型电池，能量密度达到135Wh/kg。 3、正极采用镍钴锰三元材料，负极采用天然石墨/人造石墨/中间相碳微球等材料，开发的10、15、20、28、30、45Ah的动力电池，能量密度达到180Wh/kg；开发的2.6Ah18650圆柱形电池，能量密度达到200Wh/kg。 在系统集成技术及能力方面取得较大进展和突破。采用磷酸铁锂材料的动力电池系统的能量密度达到90Wh/kg，采用三元材料（18650圆柱形动力电池）的动力电池系统的能量密度达到110Wh/kg。 在前瞻性技术研究方面，中科院先导计划支持相关研究所研制出能量密度超过300Wh/kg的锂离子电池样品和能量密度超过500Wh/kg的锂硫电池样品，但循环寿命及安全性等性能指标还需进一步提升。 目前，我国已形成了包括关键原材料（正极、负极、隔膜、电解液等）、动力电池、系统集成、示范应用、回收利用、生产装备、基础研发等在内的完善的锂离子动力电池产业链体系，掌握了动力电池的配方设计、结构设计和制造工艺技术，生产线逐步从半自动中试向全自动大规模制造技术过渡。 在产业布局方面，中国形成了珠江三角洲、长江三角洲、中原地区和京津冀区域为主的四大动力电池产业化聚集区域。据统计，目前有近100家动力电池企业开展动力电池的研发及产业化工作，有近1000亿元产业资金投入，形成近40GWh年产能，技术研发、产业化进展显著，有力地支撑了新能源汽车产业的快速发展。 二、发展新能源汽车的意义 1、新能源汽车可使中国实现从汽车大国到汽车强国的转变。 虽然当前世界各主要发达国家和有关汽车公司均在加紧研发此种新型汽车技术并取得长足进展，但总体而言，中国仍基本上与之处在同一个起跑线上，差距不过只有3—5 年，并不像传统内燃机技术一样存在20年的巨大差距。在商用化和产业化方面更是如此，某些方面我们还有一定优势。 2、新能源汽车可继续开辟中国的汽车市场。 中国的汽车产业刚刚发展起来，汽车普及率低，因而在汽车动力系统发展战略选择上有更大的自由度，在新能源汽车研发和产业化方面具有比较优势，推广应用新能源汽车的阻力也会小得多。 三、动力电池的应用现状 1、铅酸电池 铅酸电池是一个多世纪前诞生的电池技术，人们普遍认为其技术落后、性能低下，污染环境，在电池技术快速发展的当下，是应当全面淘汰的电池技术。而实际情况却是，在电动车及小型电动汽车领域，铅酸电池的市场占有率达到了惊人的90%，虽然不被看好却被普遍使用。其实，近年来铅酸电池的性能已经得到了提升，能量由20Wh/kg以下提升到了目前的40Wh/kg左右，循环次数由原来的350次左右，提高到了最高4000多次。另外，铅酸电池还有一大优势，就是可以回收循环利用，在美国，目前的铅酸电池回收率高达98.5%，我国的铅酸电池回收率也达到了90%。总的来说，铅酸电池虽然是上个世纪产生的技术，但随着科技的发展，铅酸电池不断得到改良，所以才能够在市场上如此活跃。 2、镍氢、镍镉电池 镍镉电池作为动力电池的一种，具有良好的大功率放电性能，大多应用于电动工具领域。镍氢电池与镍镉电池相比较，体积比、能量比更高，记忆效应较小。在新能源汽车的研发应用中，锂离子电池的性能明显优于镍镉电池，发展前景也更为广阔，所以大部分厂家都不再使用镍氢、镍镉电池作为汽车能源。就目前的发展趋势来看，镍氢、镍镉电池在新能源汽车领域已经失去了市场。 3、锂离子电池 目前市面上使用最多的新能源汽车电池就是锂离子电池。现在，其比能量达到了150Wh/kg，比功率达到了1 600W/kg，并且，随着科研的进行，其各项性能指标参数还会不断地提高。锂离子电池的电解液可以分为两种，聚合物电解质及液体电解质。目前，聚合物电解质的锂离子电池是研发和市场应用的主流。聚合物成分可以是三元锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂等，不同聚合物成分的各类电池在性能、安全性、寿命、生产成本方面各有优势，总体性能不相上下。市面上的电动汽车，厂家根据需求不同选择不同的聚合物电池，例如，比亚迪E6主打安全稳定、寿命长，所以选用了磷酸铁锂电池；日产聆风为了在各项性能均衡的前提下降低生产成本，所以选用了锰酸锂电池。
详细分析锂离子电池的电极材料选择 锂离子电池在使用的过程中，能够进行二次充电，属于一种二次可充电电池，主要工作原理为锂离子在正负极之间的反复移动，无论电池的形状如何，其主要组成部分都为电解液、正极片、负极片以及隔膜。目前，国际上锂离子电池的生产地主要集中在中国、日本和韩国，主要的锂离子应用市场为手机和电脑。随着锂离子电池的不断发展，应用领域也在逐渐的扩大，其在正极材料的使用方面已经由单一化向多元化的方向转变，其中包括：橄榄石型磷酸亚铁锂、层状钴酸锂、尖晶石型锰酸锂等等，实现多种材料的并存。从技术发展方面能够看出，在日后的发展中还会产生更多新型的正极材料。对于动力电池的正极材料来说，其在成本费用、安全性能、循环能力以及能量密度等多个方面都具有较为严格的要求。在应用材料领域中，由于钴酸锂的费用较高、安全性较低，因此在具体的使用中通常适用于普通消费类电池，难以符合动力电池的相关要求。而上述列举的其他材料均已在目前的动力电池中得到了充分的利用。在锂离子电池材料中，负极材料属于重要的组成部分，能够对整体电池的性能产生较大影响。目前，负极材料主要被划分为两个类别，一种为商业化应用的碳材料，例如天然石墨、软碳等，另一类为正处于研发状态，但是市场前景一片大好的非碳负极材料，例如硅基材料、合金材料、锡金材料等等。 1碳负极材料：此种类型的材料无论是能量密度、循环能力，还是成本投入等方面，其都处于表现均衡的负极材料，同时也是促进锂离子电池诞生的主要材料，碳材料可以被划分为两大类别，即石墨化碳材料以及硬碳。其中，前者主要包括人造石墨以及天然石墨。人造石墨的形成过程为：在2500℃以上的温度中，将软碳材料进行石墨化处理之后得到，MCMB属于人造石墨中比较常用的一种，其结构为球形，表面质地较为光滑，直径大约为5-40μm。由于受其表面光滑程度影响，使电极表面以及电解液之间发生反应的几率降低，进而降低了不可逆容量。同时，球形结构能够方便锂离子在任何方向进行嵌入和脱出活动，对保障结构稳定具有较大的促进作用。天然石墨也具有诸多优势，其结晶度较高、可嵌入的位置较多，并且价格较低，是较为理想的锂离子电池材料。但其也存在一定的弊
（发展战略）中国国家计划专家谈全球锂离子动力电池的发展潜力
中国国家“863”计划专家谈全球锂离子动力电池的发展潜力 7月16～18日于北京举行的“第十六届中国电动车辆学术年会暨第二届电动汽车产业发展战略研讨会”上，中国国家“863计划”动力电池测试中心主任王子冬从市场和技术层面全面分析了全球锂离子动力电池的发展潜力。他指出，全球锂离子动力电池市场正处于壹个重大转型期，于电动车（EV）市场需求带动下，预计该市场规模于未来5年内将超过2000亿元人民币。 王子冬首先以日产绿叶（Leaf）电动车为例，介绍了锂离子动力电池的市场需求情况。该车将于2010年秋季上市，且计划于2010年生产5万辆，2012年生产20万辆。以锂离子动力电池产量来见，每辆绿叶的电池容量为24kWh,20万辆的容量相当于48亿kWh。这是目前全球手机锂离子电池30亿kWh市场的1.6倍。即壹款汽车就能够完全改变整个市场状态。目前，全球主要汽车制造商均已宣布要大规模生产采用锂离子电池的电动车，而日产只是其中壹家而已。 诱人的行业前景吸引了业内外大量投资 王子冬指出，电动汽车的量产为锂离子电池产业带来了重要的发展机会。按照上述测算，几年之内，锂离子动力电池市场将超过全球手机锂离子电池市场的规模。这种改变将引发关联制造设备和厂房的新壹轮投资，同时，众多新进入锂离子动力电池及材料的厂商将使关联领域的技术竞争更趋激烈。 受到诱人行业前景的吸引，很多来自不同行业的厂商将目标定位于电动汽车市场，欲于锂离子动力电池商机中分壹杯羹。 例如，索尼于2009年11月进入了电动汽车和大容量蓄电池领域，且表示未来几年内将于量产设施上投资1000亿日元。三洋电机将于2015年前投资800亿日元，松下也准备于2012年前投入1230亿日元。另外，三菱重工于其长崎造船厂也投资了约100亿日元建立实验基
动力锂离子电池及其负极材料的现状和发展 2010-11-10 14:45:06 中国石墨碳素网 文/苗艳丽杨红强岳敏 天津市贝特瑞新能源材料有限责任公司 随着汽车行业的发展，石油、天然气等不可再生石化燃料的耗竭日益受到关注，空气污染和室温效应也成为全球性的问题。为解决能源问题、实现低碳经济，基于目前能源技术的发展水平，电动汽车技术逐渐成为全球经济发展的重点方向，美国、日本、德国、中国等国家相继限制燃油车使用，大力发展电动车。作为电动汽车的核心部件——动力电池也迎来了大好的发展机遇。动力电池是指应用于电动车的电池，包括锂离子电池、铅酸电池、燃料电池等，其中，锂离子电池因具有比能量高、比功率大、自放电少、使用寿命长及安全性好等特性，成为目前各国发展的重点。 国外政府及企业在动力锂离子电池研发上均做出了很大的努力。我国的锂离子电池产业起步虽较晚，但发展速度非常快，同时，政府给予了大力的支持。“十一五”期间，“863”电动汽车重大专项对混合动力（HEV）、外接充电式混合动力（PHEV）用锂离子电池关键材料和电池进行了专门的研究。 与锂离子电池其他部件相比，锂离子电池负极材料的发展较为成熟。在商业应用中，石墨类碳材料技术较为成熟，市场价格也比较稳定，但随着锂离子动力电池对能量密度、功率密度、安全等性能的要求不断提升，硬碳、钛酸锂（Li4Ti5O12）、合金等其他材料也相继成为研究热门。 一、动力锂离子电池负极材料简介 1.动力锂离子电池负极材料特性 锂离子电池由正极、负极、电解液、隔膜和其他附属材料组成。锂离子电池负极材料要求具备以下的特点：①尽可能低的电极电位；②离子在负极固态结构中有较高的扩散率；③高度的脱嵌可逆性；④良好的电导率及热力学稳定性；⑤安全性能好；⑥与电解质溶剂相容性好；⑦资源丰富、价格低廉；⑧安全、无污染。 2.动力锂离子电池负极材料主要类型 早期人们曾用金属锂作为负极材料，但由于存在安全问题没有大规模商业应用。目前，对锂离子电池负极材料的研究较多有：碳材料、硅基材料、锡基材料、钛酸锂、过渡金属氧化物等。本文将主要介绍3类负极材料：碳材料、合金材料（锡（Sn）、硅（Si）等）和钛酸锂。 （1）碳材料 碳材料是人们最早开始研究并应用于锂离子电池生产的负极材料，至今仍然为大家关注和研究的重点。碳材料根据其结构特性可分成3类：石墨、易石墨化碳及难石墨化碳（也就是通常所说的软碳和硬碳）。软碳主要有中间相炭微球、石油焦、针状焦、碳纤维等；硬碳主要有树脂碳(如酚醛树脂、环氧树脂、聚糠醇PFA-C 等)，有机聚合物热解碳(包括聚乙烯醇基、聚氯乙烯基、聚丙烯腈基等)以及碳黑等。由于软碳与石墨的结晶性比较类似，一般认为它比硬碳更容易插入锂，即更容易充电，安全性也更好些。 石墨类碳材料技术比较成熟，在安全和循环寿命方面性能突出，并且廉价、无毒，是较为常见的负极材料。常规锂离子电池负极材料包括天然石墨、天然石墨改性材料、中间相炭微球和石油焦类人造石墨。天然石墨和天然石墨改性材料价格比较低，但是在充放电效率和使用寿命方面有待进一步提高。中间相炭微球结构特殊，呈球形片层结构且表面光滑，直径在5～40μm之间，该材料独特的形貌使其在比容电量（可达到330mAh/g以上）、安全性、放电效率、循环寿命（循环次数达到2000次以上）等方面具有显著优势，但是成本有待降低。石油焦类的产品在放电效率和循环寿命方面比较突出，但存在着高成本和制备工艺复杂的问题。 近年来，随着研究工作的不断深入，研究者发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整，或使石墨部分无序化，或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，有利于锂在其中的嵌入－脱
动力电池材料体系及结构选择分析 材料体系选择分析 1、下表是理论上可以在锂离子电池中应用的正负及材料体系 正极材料(阳灿/^) 200 400 600 800 1000 负极材料比（阳八卜/妒 综合考虑材料体系的安全、成本、能量密度、电性能、原材料的自然界资源储量等条件,目前具备产业化条件，最有可能成为新一代车载动力电池的材料主要分为以下几个体系，1、 2、0^111204/01^11116 3、 4、 5、1^1^11204/1-14115012 几种常用的正极材料的特性以及优缺点分析
700：^3；^1：十2；胞：44； 7^1是材料容量的主要来源，^2^-14； 705在高电位时才能发生反应，^3^44，起到稳定晶体结构的作用； 7―保持44价不变，在―含量偏高时易出现价态变小的趋势，出现十3的\111； ^^的容量要高于尺0从，是目前容量最高的正极材料，其安全性能差是突出的问题；解决层状晶体材料安全性能差的问题主要从以下几个方面入手 ^表面涂层，减少反应活性区域的直接接触(八1203、 ^陶瓷隔膜技术； ^活性低的负极材料 ^正极材料的掺杂改性； 2、1^1^10204 ^成本低，储量丰富； 7能量密度偏低’高温性能差是其主要缺点； 改善高温循环的方法 ^元素掺杂，掺入低价态元素提高锰价态（灰1、^); ^表面修饰，包覆氧化物，减少材料与电解液的接触； ^采用新型电解质盐，0608； ^活性低的负极材料 3、01^？04 7成本低、储量丰富； 7循环性能优良、安全性能优良； 7材料稳定性差、合成过程质量控制困难； ^加工性能差工艺要求高； 7材料电子导电性差、低温性能差、能&密度偏低； 改善电子传导性差的手段 ^元素掺杂与表面包覆扣材料 ^纳米级导电材料、高效分散技术； ^箔材预处理技术； 几种常见的外部包装结构及分析 目前，在传统锂离子电池基础上发展起来的锂离子动力电池呈现出结构多样化，缺乏统一 的标准，而外部的结构对工艺布局有着决定性的影响，目前主流电池在外部封装结构上主 要可分为以下几类： 1、圆柱型电池 2、方型硬壳电池 3、方型软包装电池 几种不同类型结构的优缺点分析 1、圆柱型电池代表厂家（江森自控、八123、531^0、300)0 7工艺成熟度高、生产效率高、过程控制严格，成品率及产品一致性都较其他结构电池 高； 7壳体结构成熟，成本低； 7极片过长，卷绕方向上集流体电流密度分布不均匀，造成内部各部分反应程度不一致；^直径过大，电芯内部产生的热量很难得到快速释放，内部的热量累积，给电池的安全
首先看我们国家的发展现状。我们的判断第一个是基本掌握了车用动力电池的关键技术，我们国家动力电池的开发，和整车基本同步，十五期间开展了镍氢电池，、锰酸锂氧化物锂离子电池、燃料电池的研发，"十一五"期间加大了磷酸铁锂电池研发与产业化，"十二五"期间推进三元材料电池的研发与产业化。目前是处于这样一个阶段。 从技术上来讲，我们国家开发了镍氢电池，锂离子燃料电池，关键技术指标达到了国外同类产品的一个先进水平，目前我们锂电池可以做到系统的比能量800-1000瓦时，比功率可以做到500-100瓦时，循环寿命也能做到突破一千次，使用寿命大概是可以达到五年，成本大概是说可以低于每瓦时三块钱。 第二个从产品层面来看，磷酸铁锂电池已经趋于成熟了，过往来看，我们国家供应电池支撑了产业的发展，目前在大规模示范这一块用的电池基本上都是国产。根据目前工信部发布的新能源汽车推广目录，我们国家车用电池，绝大多数是磷酸铁锂电池，也就是说近两年来，三元材料的动力电池开始在电动汽车上进行示范应用。大家比较清楚的比亚迪的汽车用的是盐酸铁力电池，像上汽，北汽这些电池系统都是磷酸铁锂。一汽奔腾目前是示范车，他用的电池是168，采用了三元材料。 第三个来说是我们国家建立了比较完善的产业体系，昨天我们听到了2014年我们国家电动汽车的销量大概是8.4万辆左右，如果按照每辆车在20-30，大概应该说我们电池达到了20亿千瓦时以上，销售收入应该超过了50亿元，2015年会超过100亿瓦时。我们国家现在推进动力电池产能建设，估计2015年会超过一百亿千瓦时。第二个我们国家建立了比较完整的产业体系，关键材料、单体电池、电池系统和电池装备、检测仪器等都有一定的生产能力，像北大先行、天津巴莫、北京当省，这是正极材料，负极材料像贝特瑞，杉杉等在国际上还是有一定的竞争力。 从发展趋势上来看，我们全世界的情况来看，第一个是锂离子电池已经成为动力电池的主要方向。目前大家都很清楚，目前日本，美国、欧洲、韩国商业化的电池主要是采用燃料电池。目前混动这一块也是在推动力锂电池的应用。韩国、日本、中国在全球锂电池占主导地位，排序是韩国第一、日本第二，中国第三。 最近三星、LG和SK先后宣布在中国设立合资公司，我们国家主流的车厂也准备在他的自主品牌汽车中采用韩国生产的电池。 第二个特点是我国政府大力支持新一代动力电池的研发，2012年日本实施蓄电战略，提出2020年蓄电池市场要占到世界份额的50%，就是重新夺回世界第一的位置。根据2013年NEDO发布的技术路线图，他的技术路线在2020之前大概还是以先进的锂离子电池为主，达到实用化，系统的比能量达到250瓦每公斤成本达到1.5元以下，2030年叫做革新电池，能量达到500瓦每公斤，成本达到八毛钱以下。 美国在2013年提出来EV蓝图，提出目标是2022年生产的插电式混合动力的电动汽车使用的电力成本与传统汽车相当，根据2013年发布的技术路线图是2022年下一代电池实现实用化，系统的比能量达到250瓦每公斤，成本降到八毛以下，2013年以后锂离子电池实现实用化。 从新一代锂离子电池来讲主要是在我们国家大概一般的叫做新一代动力电池的研发主要围绕新一代锂离子动力电池和新体系电池。新一代锂离子电池和目前现有的体系不一样，正极材料，负极材料，电极都要发生发生变化，电池比能量可以达到三百瓦每公斤，成本可以达到一块钱以下。这个表里面列了两件事，一个是最近日立公司宣布采用镍系的正极和负极单电池的比能量作330每公斤，寿命有50次，另外是福利蒙基，作为正极，归制作为负极，寿命可以达到100。但是目前这一电池体系的成本和安全有待进一步的验证。
促进汽车动力电池产业发展行动方案（2017） 来源：工业和信息化部;发展改革委;科技部;财政部发文日期： 2017年02月20日 文号：工信部联装〔2017〕29号效力： 工业和信息化部发展改革委科技部财政部关于印发《促进汽车动力电池产业发展行动方案》的通知 工信部联装〔2017〕29号 省、自治区、直辖市及计划单列市，新疆生产建设兵工业和信息化主管部门、发展改革委、科技厅（委、局）、财政厅（局，财务局）： 为贯彻落实《国务院关于印发节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）的通知》（国发〔2012〕22号）以及《国务院办公厅关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》（国办发〔2014〕35号），加快提升我国汽车动力电池产业发展能力和水平，推动新能源汽车产业健康可持续发展，制定《促进汽车动力电池产业发展行动方案》。现印发你们，请结合实际，认真贯彻落实，相关进展情况及时报送节能与新能源汽车产业发展部际联席会议办公室。 工业和信息化部国家发展和改革委员会 科学技术部财政部 2017年2月20日 促进汽车动力电池产业发展行动方案 动力电池是电动汽车的心脏，是新能源汽车产业发展的关键。经过十多年的发展，我国动力电池产业取得长足进步，但是目前动力电池产品性能、质量和成本仍然难以满足新能源汽车推广普及需求，尤其在基础关键材料、系统集成技术、制造装备和工艺等方面与国际先进水平仍有较大差距。为加快提升我国汽车动力电池产业发展能力和水平，推动新能源汽车产业健康可持续发展，制定本行动方案。 一、总体要求 （一）指导思想 深入贯彻落实党的十八大和十八届三中、四中、五中、六中全会精神，牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，以推动供给侧结构性改革为主线，加快实施创新驱动发展战略，按照《中国制造2025》总体部署，落实新能源汽车发展战略目标，发挥企业主体作用，加大政策扶持力度，完善协同创新体系，突破关键核心技术，加快形成具有国际竞争力的动力电池产业体系。
如何选择动力锂电池的正极材料及安全性分析 目前，在锂离子电池中使用量最多的正极材料有以下几种：钴酸锂（LiCoO2），锰酸锂（LiMn2O4），镍钴锰酸锂（LiCoxNiyMnzO2）以及磷酸铁锂（LiFePO4）。究竟选择哪种正极材料的锂电池？下文会做详细地分析。 测试锂离子电池的安全问题，过充（指充电电压超过其充电截止电压，对锂离子电池来说，一般可以将10V/节定为过充电压）是一个很好的方法。谈到过充，我们应该首先了解一下锂离子电池的充电原理（如图1所示）。锂离子电池的充电过程是Li 从正极跑出来，通过电解液游到负极并得到电子，嵌入到负极材料中，而放电的过程则相反。 衡量正极材料安全性主要考验： A：容不容易在充电时形成枝晶。 锂离子电池的充电过程就是Li 从正极跑出来，通过电解液游到负极被还原并嵌入到负极材料中；放电的过程则相反，负极材料中的锂被氧化，通过电解液，嵌入正极材料。 基于循环性地考虑，钴酸锂（LiCoO2 ）材料的实际使用容量只有其理论容量的二分之一，即使用钴酸锂作为正极材料的锂离子电池在正常充电结束后（即充电至截止电压4.2 V左右），LiCoO2正极材料中的Li 将还有剩余。可用以下的简式表示：LiCoO2→0.5Li Li0.5CoO2 （正常充电结束）。此时如果充电电压继续升高，那么LiCoO2正极材料中的剩余的Li 将会继续脱嵌，游向负极，而此时负极材料中能容纳Li 的位置已被填满，Li 只能以金属的形式在其表面析出。一方面，金属锂的表面沉积非常容易聚结成枝杈状锂枝晶，从而刺穿隔膜，造成正负极直接短路；另外，金属锂非常活泼，会直接和电解液反应放热；同时，金属锂的
电池包结构分析及优化设计方案 (电池包结构分析及优化设计方案) 项目编号： 项目名称： 文档版本： 批准审核校对设计 . . . . . . . .
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目录 1 电池包设计原则 (4) 2 研究目标 (5) 3 研究内容 (6) 3.1电池包有限元模型 (6) 3.2 仿真计算条件 (7) 3.3 计算结果分析 (7) 3.3.1 静力学结构仿真 (7) 3.3.2 振动仿真 (9) 3.3.3 动态仿真 (11) 3.4 电池包结构优化设计 (12) 4.技术能力与效益预测 (13) 5.发布单位 (14)
1 电池包设计原则 蓄电池包为由一个或多个蓄电池模块组成的单一机械总成。通常每套电动车用动力电源系统由多个电池包组成。电池包包括电池模块、箱体、连接线束、管理板等。 电池包的设计需满足以下要求： (1)满足整车安装条件，包括尺寸、安装接口等； (2)电池箱体与电池模块之间的绝缘，电池箱体与整车之间绝缘； (3)防水、防尘满足IP67或以上要求； (4)减少电池包内部使电池产生自放电的可能性； (5)各种接口（通信、电气、维护、机械）等完全、合理； (6)模块在电池箱体内的固定、电池包在整车上的固定满足振动、侧翻、碰撞等要求； (7)温度场设计合理，要求电池箱体内部电池温差不超过5摄氏度； (8)禁止有害或危险性气体在电池包内累积，更不能进入乘客舱； (9)部分应用（纯电动汽车）要求快速更换。 电池包的最大外形要满足整车安装空间的要求，设计时注意考虑电池包的安装与维护。电池包的安装位置要考虑冲击、振动、侧翻等情况，箱体应能承受一定程度的冲击力（可以参照电池模块的冲击性能测试要求进行设计）。车型不同，留给电池包的空间不一样，电池包的设计必须与整车设计相结合。
动力锂电池，是以锂离子电池为材料的一种高能量密度电池。磷酸铁锂具有很好的安全性能，因而是目前最理想的动力汽车用锂电正极材料。我国车企推出的纯电动车车型中，动力电池均为锂电池，奇瑞、比亚迪使用的均是磷酸铁锂。磷酸铁锂是引发锂电革命行业的一种新兴材料，是锂电池行业发展的最前沿。 下面将用波特五力模型分析动力锂电池行业： （一新进入者的威胁 新进入者在给行业带来新生产能力、新资源的同时，将希望在已被现有企业瓜分完毕的市场中赢得一席之地，这就有可能会与现有企业发生原材料与市场份额的竞争，最终导致行业中现有企业盈利水平降低，严重的话还有可能危及这些企业的生存。 磷酸铁锂行业有一定的门槛，不是谁来做就会做成功的，尤其是材料领域，技术壁垒很高，可以避免太多的竞争。作为新进入这个产业的企业，选择做材料可能要比做电池更为明智，因为现有的一些锂电池厂商很多，尤其是大厂的地位很难撼动，他们切入到磷酸铁锂电池更具优势。 由于制造动力电池涉及到电芯的组合，必须保证电芯的一致性，这样对电池的生产设备提出了更高更专业的要求，所以设备资金投入很大，一般来说，建设一条磷酸铁锂电芯生产线至少需要5000万元的启动资金。创业企业在进入这一领域有一定的 难度,传统的电池生产企业将具有较大的优势。 （二供应商的议价能力 供方主要通过其提高投入要素价格与降低单位价值质量的能力，来影响行业中现有企业的盈利能力与产品竞争力。 锂离子电池的性能主要取决于正负极材料，其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。磷酸铁锂正极材料做出大
容量锂离子电池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点。 目前磷酸铁锂材料全球可查的产能是1500吨,如果按照未来5年内年产100万辆电动汽车的需求，每年就需要6万吨磷酸铁锂，潜在的供需缺口非常大，锂电池原材料之一是电解液，电解液约占锂电池成本12%,毛利率约40%,是锂电 产业链中盈利能力较强的环节之一。目前全国产能约 1.8万吨，供需基本平衡。 我国磷酸铁锂原材料丰富，价格低廉,这对于磷酸铁锂产业是一个极大的利好。 (三购买商的议价能力 购买者主要通过其压价与要求提供较高的产品或服务质量的能力，来影响行业中现有企业的盈利能力。 (1目前中国大陆锂电池产业正处于优胜劣汰的发展过程，唯具有技术和品牌优势的厂家，才有机会获得更大的市场空间。 (2电芯生产由于生产工艺和技术相对成熟，在有稳定的正极材料货源情况下，国内大部分锂离子电池厂商均能生产出磷酸铁锂电芯。 (四替代品的威胁 两个处于不同行业中的企业，可能会由于所生产的产品是互为替代品，从而在它们之间产生相互竞争行为，这种源自于替代品的竞争会以各种形式影响行业中现有企业的竞争战略 随着补贴和充电便利性的解决，新能源汽车市场将出现爆发式增长，而随着新能源汽车规模的迅速扩大，对动力电池、电机、电控等的需求也将显著增加，这有望成为未来10年行业增长的核心驱动因素。这其中，动力电池的性能对新能源汽车的发展
1 引言 锂离子动力电池具有比能量高、重量轻、绿色环保无污染等优点，应用范围广泛，其应用领域包括数码产品、家用电器、电动工具、电动汽车、航空、航天和武器装备等。随着技术的不断进步，锂动力电池安全性不断提高，锂电池单体容量越来越大，其应用于潜艇等大型军事装备的可行性也不断提高。 2 锂离子电池发展历程 二十世纪六十、七十年代发生的石油危机促使人们寻找新的替代能源。1962 年，美国军方的“锂非水电解质体系”研究报告，最早提出了把活泼金属锂引入到电池设计中的构想。1973 年，氟化碳锂原电池在日本松下电器公司实现量产，商品化锂电池面世。1978 年，日本三洋公司的锂/二氧化锰电池实现量产，锂电池价格下降，市场占有率上升。锂一次电池的成功刺激了锂二次电池的研究热潮。80 年代末，加拿大MoLi 能源公司研发的Li/Mo2 锂金属二次电池面世，第一块商品化锂二次电池诞生。1991 年6 月，日本索尼公司将液态电解液锂离子电池成功实现了商品化。自此之后，锂离子电池在便携式电源领域的市场份额不断扩展。近年来，随着一些无人电子装备(如无人水下航行器、无人机)、电动工具、电动汽车等发展的需要，锂离子电池以其高比能、长寿命、自放电小、无记忆效应和绿色环保等优点备受青睐，在动力电源领域得到迅速发展。 3 国外锂离子动力电池发展概况 日本索尼公司对锂离子电池的研究开展较早，生产的锂离子电池在性能上和品种上已经具备相当高的水平。该公司生产的圆柱型单体电池分为高能型和高功率型。其中高能型电池的比能量为110 Wh/kg，80%DOD 的比功率300 W/kg，充放电次数1200 次。高功率型的圆柱电池80%DOD 的比功率高达800 W/kg。日本三井造船生产的磷酸铁锂动力电池能以20C 的倍率放电，10C 左右的倍率进行快速充电，在3C 充放电条件下循环500 次，容量保持90％以上。日本汤潜公司（YAUSA）生产的锰酸锂电池，比能量是铅酸电池的3 倍，计划取代潜艇用铅酸电池。装有该公司锂离子电池的无人试验小潜艇已于1999年10 月完成了水下试验。法国SAFT 公司是世界著名的锂电池生产公司，其各种型号锂离子电池已广泛应用于卫星、UUV（无人水下航行器）以及各类便携式电子设备上。据美国能源杂志报道，上世纪末，SAFT英国分公司就曾与英军合作研制过一款24 V，12Ah 容量的锂电池。目前该公司生产的圆柱型单体锂离子电池比能量达到143 Wh/kg，80%DOD 的比功率为345 W/kg，为装备潜艇而制造的锂离子动力电池，单体容量为3000 Ah 级。德国瓦尔塔公司也在研制高能量密度型和高功率密度型电池。其高能密度型电池为方型，容量为60 Ah，比能量为115 Wh/kg，使用寿命达900 次(100%DOD)。在上世纪末，美军也在商品化的锂离子电池基础上展开了军事化应用。据美国能源杂志介绍，美国YARDNEY 公司已为水下军事装备研制了三款锂离子动力电池，包括：①水下无人作战平台（UUV）电池系统，总能量10 kWh，360 块单体容量8 Ah（4 并90 串），电压324 V。②全电动鱼雷高功率锂离子电池系统，由100 块单体容量25 Ah 的锂动力电池组成电池组，最大功率密度650 W/kg。③袖珍潜艇装置（ASDS-1）的高能量锂离子电池系统，2005 年首次安装于ASDS-1 艇，锂离子电池总能量1.2 MWh，单体电池能量密度170 ～200 Wh/kg[1] 。美军在水下自动航行器（AUV）中已应用锂离子电池，其功率密度达到100 Wh/kg[2]。据美国能源杂志介绍，HUGIN1000型AUV 的电池系统为聚合物锂离子电池与燃料电池组合而成[3]，该系统性能先进，HUGIN1000型AUV 总
动力电池热管理系统组成及设计流程 动力电池是电动汽车的能量来源，在充放电过程中电池本身会伴随产生一定热量，从而导致温度上升，而温度升高会影响电池的很多工作特性参数，如内阻、电压、SOC、可用容量、充放电效率和电池寿命。 电池热效应问题也会影响到整车的性能和循环寿命，因此，做好热管理对电池的性能、寿命至整车行驶里程都十分重要。接下来，就从电池热管理系统及设计流程、零部件类型及选型、热管理系统性能及验证等几个方面来和大家聊一聊： 动力电池热管理必要性 1、电池热量的产生 由于电池阻抗的存在，在电池充放电过程中，电流通过电池导致电池内部产生热量。另外，由于电池内部的电化学反应也会造成一定的生热量。 2、温度升高对电池寿命的影响 温度的升高对电池的日历寿命和循环寿命都有影响。 从上面两个图可以看出，温度对电池的日历寿命有很大的影响。同样的电芯，在环境温度23℃，6238天后电池的剩余容量为80%，但是电池在55℃的环境下，272天后电池的剩余容量已经达到80%。温度升高32℃，电芯的日历寿命下降了95%以上。因此，温度对日历寿命的影响极大，温度越高日历寿命衰退越严重。
从上面两个图可以看出，温度对电池的循环寿命也有很大的影响。同一款电芯，当剩余容量为90%，25℃温度下输出容量为300kWh，而35℃温度下的输出容量仅为163kWh。温度上升10℃，电芯的循环寿命下降了近50%。由此可见，温度对电池的循环寿命有很大的影响。 因此，为了电池包性能的最优化，需要设计热管理系统确保各电芯工作在一个合理的温度范围内。 02 热管理系统的分类及介绍 不同的热管理系统，零部件类型的结构不同、重量不同以及系统的成本不同和控制方式不同，使得系统所达到的性能也不相同。主要有如下五大类：
动力电池各种正极材料性能比较 来源：中国储能网 链接：https://www.doczj.com/doc/e95228112.html,/tech/23760.html 动力电池各种正极材料性能比较 锂离子动力电池是目前最有潜力的车载电池，主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质等部分组成。目前负极材料的研发和生产已比较成熟。正极材料、隔膜和电解质是锂离子电池的核心材料，占据电池成本的70%；其中又以正极材料附加值最高，约占锂电池成本的30%。这三种核心材料的技术突破，将对锂离子动力电池的性能提升起到重要推动作用。 目前已批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、钴镍锰酸锂（三元材料）以及磷酸铁锂。 钴酸锂：研究始于1980 年，20 世纪90 年代开始进入市场。它属于α-NaFeO2型层状岩盐结构，结构比较稳定 ，是一种非常成熟的正极材料产品，目前占据锂电池正极材料市场的主导地位。但由于其高昂的价格和较差的抗过充电性，使其使用寿命较短，而且钴有放射性，不利于环保，因此发展受到限制。 镍酸锂：氧化镍锂的价格较钴酸锂便宜，理论能量密度达276mAh/g，但制作难度大，且安全性和稳定性不佳 。技术上采用掺杂Co、Mn、Al、F 等元素来提高其性能。由于提高镍酸锂技术研究需考察诸多参数，工作量大，目前的进展缓慢。 锰酸锂：锰资源丰富、价格便宜，而且安全性较高、易制备，成为锂离子电池较为理想的正极材料。早先较 常用的是尖晶石结构的LiMn2O4，工作电压较高，但理论容量不高，与电解质的相容性不佳，材料在电解质中会缓慢溶解。近年新发展起来层状结构的三价锰氧化物LiMn2O4，其理论容量为286mAh/g，实际容量已达200mAh/g 左右，在理论容量和实际容量上都比LiMn2O4 大幅度提高，但仍然存在充放电过程中结构不稳定，以及较高工作温度下的溶解问题。 钴镍锰酸锂：即现在常说的三元材料，它融合了钴酸锂和锰酸锂的优点，在小型低功率电池和大功率动力电 池上都有应用。但该种电池的材料之一——钴是一种贵金属，价格波动大，对钴酸锂的价格影响较大。钴处于价格高位时，三元材料价格较钴酸锂低，具有较强的市场竞争力；但钴处于价格低位时，三元材料相较于钴酸锂的优势就大大减小。随着性能更加优异的磷酸铁锂的技术开发，三元材料大多被认为是磷酸铁锂未大规模生产前的过渡材料。 磷酸铁锂：在所有的正极材料中，LiFePO4 正极材料做成的锂离子电池在理论上是最便宜的。它的另一个特点 是对环境无污染。此外，它在大电流放电率放电（5～10C 放电）、放电电压平稳性、安全性、寿命长等方面都比其它几类材料好，是最被看好的电流输出动力电池。目前A123 公司已能将磷酸铁锂正极材料制造成均匀的纳米级超小颗粒，使颗粒和总表面积剧增，进一步体高了磷酸铁锂电池的放电功率和稳定性。 原文地址：https://www.doczj.com/doc/e95228112.html,/tech/23760.html 页面 1 / 1