电动车电池的开发现状及展望.doc

电动车电池的开发现状及展望天津电源研究所?? 毕道治 前言 据近期“世界电动车”[1]报导，预测到2007年，全世界电动车年销量可达百万辆以上（见表1），约占全球汽车总销量的1.5%。虽然这样小的份额不足以说明电动车已商品化，但也说明经过几十年，尤其是近10年的全球性努力，电动车在技术上已取得很大成就。预测电动车销售的主要依据仍然是人们对环境污染的关注，尤其是在中心城市。美、欧等发达国家一些中心城市都在限制燃油汽车的使用。我国政府也越来越重视环境保护问题，把环境保护作实施可持续发展战略的一项重要内容。我国环境监测数据表明，汽车尾气排放量是城市大气污染的主要来源之一。北京市机动车尾气排放对大气污染物中CO、HC、NOx的分担率分别是63.4%，73.5%和46%，非采暖期这一分担率更高，分别为80.3%，79.1%和54.8%。上海市更为严重，分别为86%、96%和56%；广州、天津、重庆等许多大中型城市具有类似情况。因此，最近国务院有关部委组织召开了一次“清洁汽车行动”的大会，以推动我国燃油汽车的清洁化、新型燃气汽车的推广应用和国家电动汽车重大科技产业化工程项目的实施。 表1 电动汽车销售量预测(千辆) 年份 1997 2003 2007 北美 西欧 亚太地区 其他 总计 0.9 7.5 1.0 ― 9.4 140 285 160 45 630 265 400 260 85 1010 目前，各种类型的电动汽车包括以蓄电池驱动的BEV，以内燃机与电池混合驱动的HEV及以燃料电池驱动的FCEV都面临着与改进的燃油汽车及采用各种替代燃料的低污染汽车的市场竞争。电动车必须在性能、价格上一步改进，才能指望在市场竞争中站住脚。??? 各种主要电动车用蓄电池对比见表2。目前能大量生产供应的只有铅蓄电池和镉镍蓄电池。由于镉镍电池性能价格比不如铅蓄电池而且存在镉污染，性能优良的MH-Ni电池有可能很快进入市场。本文将重点讨论铅蓄电池、MH-Ni、锂离子及钠氯化镍蓄电池的进展情况。质子交换膜燃料电池（PEMFC）是唯一可以在性能上与燃油汽车竞争的电池，本文将介绍其最近发展情况情况。 表2 各种主要电动车用蓄电池对比 性能 电池种类 比能量 W·h/kg 能量密度 W·h/L 比功率 W/kg 循环寿命 (次) 价格 (相对) 商品化 程度 铅酸 镉镍 MH-Ni NaNiCl2(ZEBRA) 锂离子 35 50 65 86 100 90 80 135 132 170 150 200 150 157 300 500 1000 1000 1000 1200 100 500 400 500 1000 大量生产 大量生产 试制 中试 试制 1 电动车电池的研制进展1.1 铅蓄电池?? 铅蓄电池是目前唯一能大量生产供应的电动车电池。从表2可以看出，它的优点是价格低，缺点是比能量低，一次充电行驶里程短(约100km)。一项对比美私人汽车日行程的调查表明，日行程在160km以下的占90%，其余10%日行程超过240km甚至更高。因此有人提出若能将铅蓄电池比能量适当提高，使一次充电行程达到160km，同时开展快速充电的研究，就有可能使价格低廉的铅蓄电池满足大多数城市中心区短途运输及交通用电动车的要求。为此，1992年由国际铅锌组织联合世界铅蓄电池制造厂商成立的“先进铅蓄电池联合体（ALABC）”制定了先进铅蓄电池的研制目标为[2]： 比能量 50W·hkg-1(一次充电行程160km) 比功率 150Wkg-1 价 格 150美元/kW·h 循环寿命 500次 快充性能 50% 5min 80% 15min 上述5项指标中，价格及比功率已为一般铅蓄电池所具备，因而改进的主要力量集中在比能量，循环寿命及快充性能3项指标。 (1) 比能量 提高比能量主要从减轻板栅重量及提高正板活性物质利用率着手。研究表明，提高铅钙合金中锡的含量可以增强板栅耐腐性及抗蠕变强度，从而可以减轻板栅重量（Sn含量0.5%-1%）。从正极活性物质中添加吸酸能力强的添加剂（如发泡聚丙烯）可以提高正极活性物质利用率约10%。 (2) 循环寿命 研究结果表明有4种方法可提高铅蓄电池的循环寿命：(i)板栅合金采用锡含量高的铅钙合金，可以克服因板栅蠕变而造成的早期失效。(ii)为了防止极板膨胀，采用加大极板法向压力，试验证明将法向压力从8kpa增至40kpa，可使循环寿命由200次提高到