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钛酸锂动力电池的应用

北极星储能网  来源:新材料产业  作者:刘正耀,等  2017/10/10 9:02:58  我要投稿  

北极星储能网讯一、我国新能源汽车的产业化现状

能源瓶颈和环境污染已成为全球性问题,交通污染已成为中国城市PM2.5等颗粒污染物的来源之一,雾霾天气频频发生,控车治霾的思路被广泛提及。相比限购、限行等限制性行政政策而言,大力推广和发展低排放的新能源汽车,包括纯电动汽车(EV)、插电式混合动力汽车(PHEV)、燃料电池汽车等,是有效治理污染的重要途径之一,这一观点已成为国际共识。

发达国家如美国、日本等纷纷制定了国家计划来推进传统汽车产业的升级。美国出台了一系列新能源计划,将大力发展电动汽车作为实施新能源战略的重要内容。2012年美国启动电动汽车国家创新计划《EV Everywhere》,加大对高性能锂离子电池材料、插电式车辆技术、轻量化技术等关键技术的支持。日本一直将发展清洁能源、可再生能源作为国家战略的重要内容,国家政策对新能源汽车发展始终给予大力支持,计划到2020年普及以电动汽车为主体的下一代汽车。目前日本混合动力电动汽车全球销量第1,其产业化推进纯电驱动电动汽车的进程也是全球最快的。

近年来,我国政府采取了一系列措施推广新能源汽车,一方面中央和地方政府相继出台了各种新能源汽车补贴政策鼓励消费者购买电动汽车;另一方面通过制定未来我国汽车燃耗目标倒逼整车企业发展电动汽车,如图1所示。 除了政策指导,我国政府还利用各种机会积极推广新能源汽车的使用。继奥运会和世博会2大盛会之后,近年举办的全国两会、中博会、达沃斯论坛、博鳌论坛等都有新能源汽车示范运行。国内车企也纷纷涉足新能源汽车的研发、生产、示范运行及其产业化进程。比亚迪股份有限公司、奇瑞汽车有限公司、东风汽车公司、长安汽车股份有限公司、上海汽车集团股份有限公司、中国第一汽车集团公司、宇通集团、中通客车控股股份有限公司(简称“中通客车”)和重庆恒通客车有限公司等目前已经成功研发多款轿车及客车等。

图1 未来中国汽车平均能耗目标

在政府一系列利好政策的引导下,我国新能源汽车研发呈现较好的发展局面,各汽车厂商也积极推广新能源汽车,并取得了较好成绩。根据中国汽车工业协会最新发布的数据,2015年1—7月,新能源汽车生产95 530辆,销售89 549辆,同比分别增长2.5倍和2.6倍。7月,新能源汽车销售更是取得了同比增长3.3倍的佳绩。新能源电动汽车市场在不断升温,动力电池也进入高速发展期,据统计,今年上半年动力电池产量达到2.72GWh,较去年上半年的0.94GWh增长近2倍。

二、 新能源汽车对动力电池的应用需求

动力电池是各种电动车辆的能量载体和动力来源,动力电池的性能直接决定了车辆的性能。新能源汽车用动力电池包含:铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池、超级电容、燃料电池等。为了满足新能源汽车等技术的应用要求,动力电池需要具有高安全性、高能量密度、高功率性能、优异的循环寿命、工作温度范围广和低成本等特性。新能源汽车包含混合电动汽车 (HEV) 、燃料电池混合电动汽车 (FC-HEV)、插电式混合电动汽车 (PHEV)和纯电动汽车 (EV)等。不同类型的电动汽车对动力蓄电池的要求不同,概述如表1所示。

表1 不同电动汽车对动力电池的要求

从表1中可以看出,锂离子电池的性能几乎可以满足所有类型电动汽车需要,锂离子电池是当前所有可充电电池中综合性能最优的一种电池,也是目前最佳的能应用于插电式混合动力汽车和纯电动汽车的电池。

锂离子电池负极材料包含碳负极材料、钛氧化物、锡与碳的复合物、硅的复合物等。目前商业化的锂离子电池的负极材料主要采用碳负极材料。碳负极材料电池有着比能量高、功率性能好等优势,但是碳电极与金属锂的电位接近,当电池过充电时容易在碳电极表面析出金属锂形成锂枝晶,锂枝晶会刺穿隔膜引起短路等安全隐患问题。同时,碳负极电池在首次化成时电极表面还原形成表面膜(SEI膜),SEI膜的形成和修复过程会消耗电解液,造成不可逆容量加大,电池衰减加剧而影响电池使用寿命。尖晶石结构的钛酸锂负极材料嵌锂电位约1.5V,不会形成锂枝晶,在充放电过程中体积应变小于 1%,并且纳米化的钛酸锂电池具有大电流充放电能力,能够数分钟完成充电,即便是在低温环境条件下快速充电也难以析出锂枝晶,所以钛酸锂电池具有循环寿命长和安全性能优异的特点,可以保障快速充电应用领域电池的耐久性和安全性。因此,以钛酸锂为负极的锂离子电池在电动汽车要求高安全性、高稳定性和长寿命周期的应用领域具有独特的优势。

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