2.1　動(dòng)力電池

動(dòng)力電池成組應(yīng)用技術(shù)（包括電池箱、電池管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)等）是連接整車和動(dòng)力電池研發(fā)生產(chǎn)的技術(shù)紐帶和橋梁，制約著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化和市場化發(fā)展。鑒于動(dòng)力電池對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)展的重要性，世界各國都在加緊研制電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池，通過設(shè)立專門計(jì)劃，推動(dòng)動(dòng)力電池的研究工作。

可用于電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池包括閥控鉛酸電池（VRLA）、鎳鎘電池（Ni-Cd）、鎳-鋅電池（Ni-Zn）、鎳氫電池（Ni-MH）、鋅空氣電池（Zn-air）、鋁空氣電池（Al-air）、鈉硫電池（Na-S）、鈉鎳氯化物電池（Na-NiCl2）、鋰聚合物電池（Li-Polymer）和鋰離子電池（Li-Ion）等多種類型。動(dòng)力電池經(jīng)歷了鉛酸電池、鎳鎘電池、鈉硫電池等多種類型的發(fā)展和探索之后，目前應(yīng)用主要集中在閥控鉛酸電池、鎳氫動(dòng)力電池和鋰離子動(dòng)力電池，而鋰離子動(dòng)力電池由于能量密度高、大功率充放電能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為電動(dòng)汽車的主要能量源。

2.1.1　電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池性能的要求

動(dòng)力電池的能量密度、功率密度、充放電性能、成本、使用壽命、單體一致性和安全性等性能是影響電動(dòng)汽車能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。

（1）端電壓和電動(dòng)勢　動(dòng)力電池的端電壓是指動(dòng)力電池正極和負(fù)極之間的電位差。動(dòng)力電池在沒有負(fù)載情況下的端電壓叫開路電壓。動(dòng)力電池接上負(fù)載后處于放電狀態(tài)下的電壓稱為負(fù)載電壓，又稱為工作電壓。電池充放電結(jié)束時(shí)的電壓稱為終止電壓，分為充電終止電壓和放電終止電壓。

電池的電動(dòng)勢等于組成電池的兩個(gè)電極的平衡電極電位之差。實(shí)際電池中兩個(gè)電極并非處于熱力學(xué)可逆狀態(tài)，這時(shí)電極電位為穩(wěn)定電極電位而非平衡電極電位，故電池的開路電壓理論上并不等于電池的電動(dòng)勢，一般來說，電池的開路電壓和其電動(dòng)勢近似相等。

（2）電流　放電時(shí)電池里輸出的電流稱為放電電流，充電時(shí)電池里流過的電流稱為充電電流，電池在放電或充電時(shí)所允許的電流最大值稱為最大允許電流。

電池的放電、充電電流通常用充放電率表示：

I=kCn

式中　I——蓄電池的充/放電電流，A；

Cn——蓄電池的額定容量，A·h；

k——比例系數(shù)。

例如，額定容量5A·h的蓄電池以0.2C放電率放電，則放電電流為kCn=0.2×5=1A；額定容量10A·h的蓄電池以2A放電，則放電率為I/Cn=（2/10）C=0.2C。

因此，在表示蓄電池的可利用能量或容量時(shí)，一定要指出放電率，隨著放電率的提高，蓄電池可利用能量或容量降低。

（3）電池的容量　電池的容量是指充滿電的電池在指定的條件下放電到終止電壓時(shí)輸出的電量，單位為A·h。電池的容量有理論容量、額定容量和實(shí)際容量之分。

理論容量是假定電池中的活性物質(zhì)全部參加成流反應(yīng)，根據(jù)法拉第定律計(jì)算所能給出的電量。理論容量是電池容量的最大極限值，電池實(shí)際放出的容量只是理論容量的一部分。

額定容量也叫標(biāo)稱容量，是指在規(guī)定的條件下電池應(yīng)放出的電量。額定容量是制造廠標(biāo)明的安時(shí)容量，作為驗(yàn)收電池質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)。

實(shí)際容量是指充滿電的電池在一定條件下所能輸出的電量，它等于放電電流和放電時(shí)間的乘積。

電池的實(shí)際容量除與其本身的結(jié)構(gòu)和制造工藝有關(guān)外，主要受其放電制度的影響，放電制度包括放電速率、放電形式（恒流、變流或脈沖）、終止電壓和溫度等因素。

用電池的荷電狀態(tài)（state of charge，SOC）描述電池剩余容量占額定容量的百分比，用放電深度（depth of discharge，DOD）描述電池已放出的電量與電池額定容量的比值。與電池的容量相似，SOC也是電池放電率、工作環(huán)境溫度和電池老化程度的函數(shù)。

（4）電池的能量與能量密度　電池的能量是指在按一定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的放電制度下，電池所輸出的電能，單位為瓦·時(shí)（W·h）或千瓦·時(shí)（kW·h）。

電池的能量也有實(shí)際能量與標(biāo)稱能量之分。實(shí)際能量為電池在一定的放電條件下的實(shí)際容量與平均工作電壓的乘積。

標(biāo)稱能量是指電池的額定容量與其額定電壓的乘積。

通常用能量密度（又稱比能量）作為衡量各種動(dòng)力電池性能的一項(xiàng)重要的指標(biāo)。能量密度有質(zhì)量能量密度和體積能量密度之分。質(zhì)量能量密度是指電池單位質(zhì)量所能輸出的電能，單位為瓦·時(shí)/千克（W·h/kg）。體積能量密度是指電池單位體積所能輸出的電能，單位為瓦·時(shí)/升（W·h/L）。電池的質(zhì)量能量密度指標(biāo)比體積能量密度指標(biāo)更為重要，因?yàn)殡姵刭|(zhì)量能量密度影響電動(dòng)汽車的整車質(zhì)量和續(xù)駛里程，而體積能量密度只影響電池的布置空間。質(zhì)量能量密度是評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車的能量源是否能滿足預(yù)定的續(xù)駛里程的重要指標(biāo)。既然電池的可利用容量是電池放電率的函數(shù)，那么，電池質(zhì)量能量密度和體積能量密度的定義也與電池的放電率有關(guān)。

（5）電池的功率與功率密度　電池的功率是指在一定的放電制度下，單位時(shí)間內(nèi)電池輸出的能量，單位為瓦（W）或千瓦（kW）。質(zhì)量功率密度是指單位質(zhì)量的電池輸出的功率，單位為W/kg。體積功率密度是指單位體積的電池輸出的功率，單位為W/L。功率密度是評(píng)價(jià)能量源能否滿足電動(dòng)汽車加速和爬坡性能要求的重要指標(biāo)。對(duì)于電化學(xué)電池，比功率與電池的放電深度DOD密切相關(guān)。因此，在表示電池功率密度時(shí)還要指出電池的放電深度DOD。

（6）電池的循環(huán)使用壽命（cycle life）　電池的循環(huán)使用壽命是指以電池充電和放電一次為一個(gè)循環(huán)，按一定測試標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)電池容量降到某一規(guī)定值（一般規(guī)定為額定值的80%）以前，電池經(jīng)歷的充放電循環(huán)總次數(shù)。循環(huán)使用壽命是評(píng)價(jià)電池壽命性能的一項(xiàng)重要的指標(biāo)。

（7）電池的自放電率　電池的自放電率是指電池在存放期間容量的下降率，即電池?zé)o負(fù)荷時(shí)自身放電使容量損失的速度。自放電率用單位時(shí)間內(nèi)容量下降的百分?jǐn)?shù)表示。

（8）電池的輸出效率　電池實(shí)際上是一個(gè)能量存儲(chǔ)器，充電時(shí)把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來，放電時(shí)再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜恚┯秒娧b置使用。電池的輸出效率通常用容量效率和能量效率來表示。電池的容量效率指電池放電時(shí)輸出的容量與充電時(shí)輸入的容量之比，電池的能量效率指電池放電時(shí)輸出的能量與充電時(shí)輸入的能量之比。通常，電池的能量效率為55%～75%，容量效率為65%～90%。對(duì)電動(dòng)汽車而言，能量效率是比容量效率更重要的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（9）電池的一致性　對(duì)于同一類型、同一規(guī)格、同一型號(hào)電池之間在電壓、內(nèi)阻、容量等參數(shù)方面存在的差別稱為電池的一致性。一組電池的壽命在很大程度上取決于它的一致性。由于電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池都是成組使用的，因此一致性是評(píng)價(jià)電池組性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。影響電池一致性的因素主要有單體電池的設(shè)計(jì)和制造水平、用戶的使用方式等。

（10）抗濫用能力　抗濫用能力指電池對(duì)短路、過充電、過放電、機(jī)械振動(dòng)、撞擊、擠壓以及遭受高溫和著火等非正常使用情況的容忍程度。

2.1.2　鉛酸電池

目前，電動(dòng)汽車常用的鉛酸電池主要為閥控式密封鉛酸電池（VRLA）和水平式密封鉛酸電池。閥控式密封鉛酸電池是國際先進(jìn)鉛酸電池開發(fā)聯(lián)合體（Advanced Lead.Acid Battery Consortium，ALABC）推薦和大力開發(fā)的電池，在郵電通信部門和風(fēng)能、太陽能儲(chǔ)能系統(tǒng)中仍然處于統(tǒng)治地位，而且已廣泛應(yīng)用于各種電動(dòng)助力車，我國目前的電動(dòng)自行車中超過90%的電池為閥控式密封鉛酸電池。

閥控式密封鉛酸電池的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。它由正負(fù)極板、隔板、電解液、溢氣閥、外殼等部分組成。正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2），負(fù)極板上的活性物質(zhì)為海綿狀純鉛（Pb）。電解液由蒸餾水和純硫酸（H2SO4）按一定比例配制而成。鉛酸電池電化學(xué)反應(yīng)式為：

Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O

放電時(shí)，鉛和二氧化鉛都與電解液反應(yīng)生成硫酸鉛。充電時(shí)，反應(yīng)過程相反。參加電化學(xué)反應(yīng)的電解液即硫酸濃度隨電池荷電狀態(tài)的變化而變化。實(shí)際上，鉛酸電池的開路電壓，即電動(dòng)勢僅與硫酸濃度有關(guān)，而與電池中的鉛、二氧化鉛以及硫酸鉛的量無關(guān)。鉛酸電池的開路電壓與硫酸濃度存在著密切關(guān)系，因此即使以很低的放電率放電時(shí)放電電壓也難于保持為常數(shù)。另外，鉛酸電池開路電壓也受環(huán)境溫度的影響。

鉛酸電池單體的額定電壓為2V。以中等放電率放電時(shí)截至電壓取為1.75V，以極高放電率放電時(shí)截至電壓可取為1.0V。充電時(shí)，充電電流應(yīng)作適當(dāng)?shù)目刂埔跃S持電池充電電壓低于冒氣電壓（約為2.4V），否則就會(huì)出現(xiàn)過充電反應(yīng)，電解水生成氫氣和氧氣，使電解液失去水分。

由于閥控式密封鉛酸電池采用了一種特殊的微孔隔板，使得電池負(fù)極析出的氧氣能夠到達(dá)電池正極與氫氣反應(yīng)生成水，實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)。而且，凝膠電解液的不移動(dòng)性和吸附式超細(xì)玻璃纖維氈隔板的使用，使得電池可以以不同的安裝位置工作而不會(huì)出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。

目前閥控式密封鉛酸電池的比能量已超過40W·h/kg，能量密度超過80W·h/L，并且可實(shí)現(xiàn)快速充電，主要生產(chǎn)廠家有Electrosource、GS、Hawker、Johnson Controls、Panasonic、Sonnenschein、Trojan和YUASA等。

2.1.3　鎳氫電池

鎳氫電池屬于堿性電池，是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新型綠色電池。

鎳氫電池的正極是Ni（OH）2，負(fù)極是采用由儲(chǔ)氫材料作為活性物質(zhì)的氫化物電極，電解質(zhì)為氫氧化鉀水溶液，隔膜仍沿用鎳鎘電池使用的隔膜，主要有尼龍、聚丙烯纖維和維綸電池隔膜。金屬氫化物能夠在電池放電和充電時(shí)釋放和吸收氫氣，堿性氫氧化鉀溶液是電解液的主要成分，電化學(xué)反應(yīng)方程式為：

MHx+NiO2H2-x M+Ni（OH）2

式中　M——儲(chǔ)氫合金；

MHx——金屬氫化物。

電池充電時(shí)，水在電解質(zhì)溶液中分解為氫離子和氫氧根離子，氫離子被負(fù)極吸收，負(fù)極從金屬轉(zhuǎn)化為金屬氫化物。在放電過程中，氫離子離開負(fù)極，氫氧根離子離開正極，氫離子和氧氧根離子在電解質(zhì)氫氧化鉀中結(jié)合成水并釋放電能，其原理如圖2-2所示。鎳氫電池在充放電過程中，正負(fù)極上在進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)不發(fā)生任何中間態(tài)的可溶性金屬離子，也沒有電解液中任何組分的消耗和生成，因而可以做到電池全密封。

鎳氫電池的關(guān)鍵部件為儲(chǔ)氫金屬合金，它既承擔(dān)著儲(chǔ)氫作用，又起到催化劑作用，要求該合金能夠穩(wěn)定地經(jīng)受反復(fù)的儲(chǔ)氣和放氣的循環(huán)。鎳氫電池主要使用兩種類型的金屬合金，即位于金屬鑭、鎳附近的稀土合金AB5以及由鈦、鋯組成的合金AB2。通常AB2合金比AB5合金有更高的儲(chǔ)氫量，但AB5合金因具有良好的電荷保持力和工作穩(wěn)定性而更具有應(yīng)用前景。

目前開發(fā)出來的鎳氫電池，其外形主要有扣式、圓柱形和方形。容量小于10A·h時(shí)，圓柱形電池占多數(shù)，成本低、生產(chǎn)周期短；容量大于20A·h時(shí)，圓柱形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造變得較為困難，多采用方形結(jié)構(gòu)；容量為10～20A·h時(shí)，圓柱形和方形結(jié)構(gòu)均可采用，但方形結(jié)構(gòu)更為常見。

目前鎳氫電池所能達(dá)到的性能指標(biāo)為，單體電池標(biāo)稱電壓為1.2V，比能量可達(dá)70～80W·h/kg，比功率可達(dá)到200W/kg。鎳氫電池有高倍率的放電特性，短時(shí)間可以以3C放電，瞬時(shí)脈沖放電率很大。鎳氫電池的過充電和過放電性能好，能夠帶電快速充電，并且可以隨充隨放，在15min內(nèi)可充滿60%的容量，1h內(nèi)可以完全充滿。在80%SOC的放電深度下，循環(huán)壽命可達(dá)到1000次以上。鎳氫電池中沒有Pb和Cd等重金屬元素，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。但是和鉛酸電池相比，鎳氫電池價(jià)格較高，而且自放電損耗大，對(duì)環(huán)境溫度敏感，還有記憶效應(yīng)和充電發(fā)熱等問題。鎳氫電池在使用時(shí)應(yīng)充分注意各個(gè)單體電池之間的一致性，特別是在高速率、深放電情況下，各個(gè)單體電池之間的容量和電壓差較明顯。同時(shí)還應(yīng)注重對(duì)電池組在充、放電過程中的熱管理和電池安全裝置的設(shè)計(jì)。

美國通用EV1、日本豐田RAV4 EV和本田EV Plus等早期純電動(dòng)汽車配備的都是鎳氫動(dòng)力電池。近年來，隨著混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化，鎳氫電池受到了非常廣泛的關(guān)注。目前鎳氫動(dòng)力電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，主要生產(chǎn)廠商有日本松下、三洋以及美國Ovonic、法國SAFT、德國Varta等。Panasonic EV Energy是由日本豐田汽車公司和松下電池公司合資組建的專門生產(chǎn)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的公司，主要產(chǎn)品是6.5A·h不同電壓規(guī)格的鎳氫電池系統(tǒng)，是目前鎳氫動(dòng)力電池研發(fā)、制造最具規(guī)模的企業(yè)，已為100多萬輛混合動(dòng)力電動(dòng)汽車配套電池系統(tǒng)。松下、Ovonic和SAFT公司生產(chǎn)的鎳氫動(dòng)力電池性能見表2-1～表2-3。

我國研制的鎳氫動(dòng)力電池的功率密度和能量密度達(dá)到了國際先進(jìn)水平，荷電保持能力得到較大提升，常溫?cái)R置28天，荷電保持能力達(dá)到95%，55℃下擱置7天，荷電保持能力達(dá)到70%。主要的鎳氫電池生產(chǎn)廠家有春蘭集團(tuán)、天津和平海灣、中山中炬森萊、湖南神州科技等企業(yè)。表2-4為我國科技部電動(dòng)車開發(fā)項(xiàng)目規(guī)定的動(dòng)力電池技術(shù)指標(biāo)。

①高能量型，其余為高功率型。

②55～60℃僅限于放電。

③使用壽命里程按工況法測試或等效測試，相當(dāng)于10年。

2.1.4　鋰離子電池

鋰離子電池出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代初期，在短短十幾年的時(shí)間里，得到了空前的發(fā)展，被認(rèn)為是未來極具發(fā)展?jié)摿Φ膭?dòng)力電池。

鋰離子電池使用鋰碳化合物（LixC）作負(fù)極，鋰化過渡金屬氧化物（Li1-xMyOz）作正極，液體有機(jī)溶液或固體聚合物作電解液。在充放電過程中，鋰離子在電池正極和負(fù)極間往返流動(dòng)。電化學(xué)反應(yīng)方程式為：

LixC+Li1-xMyOzC+LiMyOz

放電時(shí)，負(fù)極上釋放鋰離子，通過電解液流向正電極并被吸收。充電時(shí)，反應(yīng)過程相反，如圖2-3所示。

鋰離子電池的性能與所使用的電極材料有關(guān)。要求鋰離子電池電極材料能夠嵌入大量的鋰，以得到高的比能量。在鋰離子嵌入和脫嵌的過程中，材料結(jié)構(gòu)不要有明顯的變化，使電池有較長的循環(huán)壽命，有高的庫侖效率和能量效率。為獲得高的電池電壓和比能量，鋰離子交換反應(yīng)必須在較高的電位下進(jìn)行，即對(duì)鋰有較高的反應(yīng)自由能。電極材料的電子電導(dǎo)率和鋰離子在其中的遷移速率要盡可能高，以使電池有較高的大電流放電和充電的能力。電極材料必須與電池中的其他材料有相容性，必須不溶解于電解質(zhì)。氧化還原電位隨嵌入量的變化要小，使電池電壓不會(huì)發(fā)生明顯變化，保持平穩(wěn)地充電和放電，還要降低電池成本。

鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰（LiCoO2）、鎳酸鋰[Li（Ni0.8 Co0.2）O2]、錳酸鋰[LiMn2O2]、三元材料[Li（NiCoMn）O2]和磷酸鐵鋰（LiFePO4）等。其中鈷酸鋰由于含有稀缺的鈷元素，因而價(jià)格昂貴，而且在充電和高溫狀態(tài)下存在安全問題，不宜在大容量、高功率電池中采用；鎳酸鋰成本比鈷酸鋰低，比容量高，但安全性比鈷酸鋰更差；錳酸鋰電池具有成本低、環(huán)保性能好、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，但是錳酸鋰具有高溫不穩(wěn)定、循環(huán)性能差等缺點(diǎn)；磷酸鐵鋰電池由于成本低、安全性和循環(huán)性能良好等優(yōu)點(diǎn)，并且其導(dǎo)電性差、制備困難等缺點(diǎn)正逐步找到解決方法，成為近期國內(nèi)外研究和推廣的首選。各種鋰離子電池性能對(duì)照見表2-5。

鋰離子電池的負(fù)極活性材料常以碳基材料為主，包括中間相碳微球（MCMB）、天然石墨（NGR）和硬碳（HC）等。MCMB為球形，流動(dòng)性好，易于制成優(yōu)良的高密度電極，但價(jià)格較高；NGR比容量大，價(jià)格低，缺點(diǎn)是不可逆容量較大，而且由于輥壓電極時(shí)表面上的石墨片層取向平行于導(dǎo)流體，影響鋰離子的擴(kuò)散途徑，對(duì)高倍率放電不利，所以NGR的改性與表面修飾是研究的主要方法，目前NGR與其他碳材混用較為普遍；HC是指難于石墨化的碳材，具有較大比容量和大于石墨的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，缺點(diǎn)是不可逆容量較大，有電位滯后現(xiàn)象。尖晶石型鈦酸鋰（Li4Ti5O12）具有較好的循環(huán)性能和壽命，是高功率型鋰離子電池重要的負(fù)極材料，缺點(diǎn)是電壓低、成本高。硅、錫等鋰合金材料雖然具有較高的比容量，但充放電過程中體積變化太大，循環(huán)性能差，一般不作為鋰離子電池的主要負(fù)極材料。

電解液是鋰離子電池的另一種重要材料，是影響高功率性能和安全性能的重要因素。目前常采用LiPF6為電解質(zhì)鹽，碳酸乙烯酯（EC）和碳酸二甲酯（DMC）為混合溶劑電解液。在電解液方面研究較多的是各種功能添加劑，如為提高SEI膜的穩(wěn)定性添加碳酸亞乙酯（VC）、VEC以及含硫和硼的添加劑等，為防止過充電常添加聯(lián)苯，為提高安全性添加磷酸酯類阻燃劑和氟取代溶劑等。

隔膜在鋰離子電池中起著把正負(fù)極材料隔離，防止正負(fù)極短路，同時(shí)在充放電過程中提供離子運(yùn)輸電通道的作用，其性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)性能以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。鋰離子電池隔膜的材料主要有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）單層微孔膜，以及由PP和PE復(fù)合的多層微孔膜。目前，世界上只有日本、美國等少數(shù)幾個(gè)國家擁有鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)技術(shù)和相應(yīng)的規(guī)模化產(chǎn)業(yè)。主要生產(chǎn)廠家有美國CELGARD、ENTEK及日本UBE、旭化成（Asahi）、東燃（Tonen）等公司。我國在鋰離子電池隔膜的研究與開發(fā)方面起步較晚，鋰離子電池隔膜主要依賴進(jìn)口。

鋰離子動(dòng)力電池是在二次鋰電池技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種全新概念的蓄電池，它從原理上解決了二次鋰電池安全性差和充放電壽命短兩個(gè)技術(shù)難題。目前鋰離子電池的能量密度、放電率、充放電壽命等方面，均達(dá)到了美國USABC制定的電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的中期目標(biāo)。世界各主要國家的政府、汽車制造商和動(dòng)力電池生產(chǎn)商等都對(duì)鋰離子動(dòng)力電池的研究非常重視，紛紛制訂發(fā)展計(jì)劃，投入大量財(cái)力積極進(jìn)行研制。

美國能源部（DOE）和USABC已支持了三代動(dòng)力鋰離子電池的研發(fā)。2008年12月，阿岡國家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合14家美國電池和先進(jìn)材料企業(yè)成立了先進(jìn)交通運(yùn)輸用電池生產(chǎn)國家聯(lián)盟，在5年內(nèi)投入10億～20億美元的資金，在美國建立由成員共享的一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)和原型開發(fā)中心，發(fā)展先進(jìn)電池大規(guī)模生產(chǎn)能力。

德國政府制定了鋰離子動(dòng)力電池發(fā)展計(jì)劃（2009～2015年），由政府和產(chǎn)業(yè)界共同出資進(jìn)行鋰離子動(dòng)力電池開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的研究。日本新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)組織（NEDO）于2007年2月公布了新的電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池開發(fā)計(jì)劃，斥資100億日元通過“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合方式開發(fā)鋰離子動(dòng)力電池，2015年以后目標(biāo)能量密度達(dá)到200W·h/kg，2030年達(dá)到500W·h/kg。在各種計(jì)劃的支持下，全球主要國家已有幾十余家廠商進(jìn)行鋰離子電池研發(fā)并推出了相應(yīng)的產(chǎn)品。

日本索尼公司是最早開展鋰離子動(dòng)力電池研發(fā)的公司，表2-6為該公司生產(chǎn)的主要產(chǎn)品的性能參數(shù)。法國SAFT公司生產(chǎn)的系列圓柱形鋰離子電池單元，單體額定電壓為3.6V，能量密度達(dá)到150W·h/kg，功率密度達(dá)到2700W/h，其技術(shù)參數(shù)見表2-7。

電池實(shí)測數(shù)據(jù)表明，我國研制的鋰離子動(dòng)力電池的功率密度和能量密度達(dá)到了國際先進(jìn)水平。新型鋰離子動(dòng)力電池的功率密度較高（如星恒公司鋰離子電池的功率密度達(dá)到2000W/kg），電池在功率特性明顯提高、放電特性加強(qiáng)的情況下（接近30C放電），表面溫升仍能符合車用要求。

我國研制的鋰離子動(dòng)力電池安全性比以前有很大的提高，進(jìn)行了電濫用試驗(yàn)（如過充、短路、過放電等）、機(jī)械濫用試驗(yàn)（如跌落、擠壓、針刺等）、熱濫用試驗(yàn)（如高溫儲(chǔ)存等）和振動(dòng)試驗(yàn)（模擬動(dòng)力電池在實(shí)際應(yīng)用中的振動(dòng)情況）。清源電動(dòng)車輛公司完成了搭載鋰離子動(dòng)力電池的純電動(dòng)轎車的正面實(shí)車碰撞試驗(yàn)，未發(fā)生任何安全問題；盟固利公司研發(fā)的錳酸鋰鋰離子電池連續(xù)3年通過國家“863”安全性強(qiáng)制檢驗(yàn)測試，已經(jīng)應(yīng)用到奧運(yùn)電動(dòng)客車和世博電動(dòng)客車上。

在國家政策的引導(dǎo)下，動(dòng)力電池企業(yè)對(duì)產(chǎn)業(yè)化的投入急劇增加，生產(chǎn)配套能力顯著增強(qiáng)。我國已成為全球重要的鋰電池生產(chǎn)國。其中，廣東省鋰電生產(chǎn)量約占全國的2/3，深圳又占廣東全省鋰電生產(chǎn)量的3/4，占全國產(chǎn)量的1/2。鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)指標(biāo)見表2-8。

①高功率型，其余為高能量型。

②動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)。

③循環(huán)壽命里程按工況法測試或等效測試。

④動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)（不含管理系統(tǒng)）。

2.1.5　動(dòng)力電池新技術(shù)成果

電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源泉，也是一直制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。各國研究人員在此領(lǐng)域做了大量研究開發(fā)，取得重要進(jìn)展。

2.1.5.1　鋰玻璃電池

最新發(fā)明的多次充電鋰玻璃電池，可以在幾分鐘內(nèi)充滿電，并且持續(xù)更長時(shí)間，把電動(dòng)力汽車的活動(dòng)范圍擴(kuò)大了3倍。古德伊納夫和他的工程師團(tuán)隊(duì)，在德克薩斯州州立大學(xué)奧斯汀分校研發(fā)出了第一款鋰玻璃電池。這些電池體，可以為手機(jī)和電動(dòng)汽車提供持續(xù)時(shí)間更長的多次充電。鋰玻璃電池不僅將鋰離子的能量密度翻了3倍，它還能在幾分鐘內(nèi)重新充滿電，可充電周期超過幾千次，在極端天氣也表現(xiàn)出色，并且不會(huì)像鋰電池一樣易燃。研究者們證明，新的鋰玻璃電池有傳統(tǒng)鋰電池至少3倍的電能。更高的電能意味著電動(dòng)汽車可以在充電點(diǎn)之間，行駛更多的里程。3倍延長電動(dòng)汽車的行駛范圍，使得電動(dòng)汽車可與燃油汽車并駕齊驅(qū)，可以幫助這個(gè)成長中的環(huán)保市場獲利。新電池的關(guān)鍵就是使用固體玻璃電解質(zhì)，而不是鋰電池常用的液態(tài)電解質(zhì)。液態(tài)電解質(zhì)在陽極（電池的背面）和陰極（電池的正面）之間，運(yùn)輸導(dǎo)電的鋰離子。如果液態(tài)電池充電速度過快，會(huì)造成短路，還會(huì)起火。而固體的電解質(zhì)降低了電路板短路的風(fēng)險(xiǎn)，成為更安全的選擇。玻璃電解質(zhì)也使用了可持續(xù)的材料，用廉價(jià)的鹽來代替鋰。而鹽可以從廣泛可得的海水中提取，使得鋰玻璃電池成為更環(huán)保的一種電池。新的鋰玻璃電池研究有廣闊的前景，這項(xiàng)新技術(shù)仍需幾年的時(shí)間，才能被引入商業(yè)市場。

2.1.5.2　新型二次電池的陰極材料

學(xué)術(shù)雜志《自然能源》的信息顯示，韓國蔚山科學(xué)技術(shù)院（UNIST）的研究團(tuán)隊(duì)近期開發(fā)出二次電池的陰極材料，可將現(xiàn)有電池容量提高45%，即電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程在目前200多千米的基礎(chǔ)上至少增加100km。該研究組通過開發(fā)替代現(xiàn)有電池使用石墨電極的“石墨-硅復(fù)合材料”，從而成功增加了電池容量。新電極是在石墨分子之間注入20nm大小的硅粒子制作而成的。除了提高駛航里程外，新技術(shù)大大縮短了充放電時(shí)間，電池充放電速度也比現(xiàn)有的電池快30%以上。業(yè)界預(yù)計(jì)，這類新電池的批量生產(chǎn)較容易，未來將具有較強(qiáng)的價(jià)格競爭優(yōu)勢。

2.1.5.3　不需要鈷的鋰電池

來自日本松下電器的信息顯示，日本已經(jīng)研發(fā)出不需要稀有金屬鈷的鋰電池新材料，并試制出了新型鋰電池。日本松下電器京都大學(xué)教授吉田潤一為首的研究團(tuán)隊(duì)，利用鋰和碳開發(fā)出了一種有機(jī)新材料，成功地試生產(chǎn)出不用鈷作電極材料的新型鋰電池。試驗(yàn)結(jié)果表明，新材料生產(chǎn)的電池與含鈷材料作電極的鋰電池具有同等容量。這種鋰電池有望擺脫對(duì)鈷的依賴，大大降低生產(chǎn)成本。這種新型材料生產(chǎn)的鋰電池的另一個(gè)優(yōu)勢是電池壽命更長、衰減率更低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種新型材料生產(chǎn)的鋰電池充放電100次，但電池容量的衰減不超過20%。松下電器計(jì)劃改良這種新材料，希望將電池充放電次數(shù)提高到500～1000次，然后進(jìn)行商品化生產(chǎn)。