電動汽車電池技術及國內外發展現狀

電動汽車大致可分為三類：混合動力汽車、燃料電池汽車和電動汽車。電動汽車電池普遍存在問題。

電池及其管理系統是電動汽車的關鍵技術之一。過去幾年，大多數企業在電動汽車的發展中都遇到了尷尬，主要是由于使用了鉛酸、鎳鎘、鎳氫電池等。現在，經過研究和實驗比較，用更高能量密度的鋰離子電池取代鉛和鎳氫電池正成為一項核心技術。它具有重量輕、儲能大、功率大、無污染、無二次污染、使用壽命長、自放電系數小、溫度適應性廣等優點，是電動自行車、電動摩托車、電動汽車和電動卡車的理想車載電池。缺點是價格高，安全性差。然而，現有技術中已經開發出了錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰和磷酸釩鋰等新材料，這大大提高了鋰離子電池的安全性并降低了成本。

鋰離子電池產業化趨勢

隨著成本的大幅降低和性能的大幅提高，許多汽車制造商已經開始使用鋰離子電池。例如，富士重工與NEC合作開發了一種廉價的Cell錳鋰離子電池（錳酸鋰電池），該電池具有安全性高、制造成本低的特點，在車輛環境中的使用壽命高達12年10萬公里，相當于純電動汽車。除了體積小、容量大之外，東芝開發的快速充電鋰離子電池采用了可以使納米粒子均勻的固定技術，使鋰離子能夠均勻地吸附在電池的負極上，并可以在一分鐘內充電到其容量的80%，六分鐘后充滿電。美國主要電池工廠江森自控于2005年9月在威斯康星州密爾沃基設立了一個研發基地，并于2006年1月再投資50%的資本，與法國電池工廠Saft共同建立江森自控Saft先進電源解決方案（JCS）。2006年8月，JCS承擔了由美國能源部牽頭的為期兩年的美國ABC（美國先進電池聯盟）純電動汽車鋰離子電池研發計劃合同，并與汽車工廠簽署了提供大功率鋰離子電池的合同。

目前，世界上主要有以下類型的動力電池：

1.鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池已有100多年的歷史，被廣泛用作內燃機汽車的起動電源。它也是一種成熟的電動汽車電池，目前采用率約為8%~90%。它具有良好的可靠性、易于獲得的原材料和低廉的價格；比功率基本可以滿足電動汽車的功率要求。但它有兩個主要缺點；首先，比能量低，質量和體積太大，一次充電的里程短；

另一個是使用壽命短，使用成本高。

鎳鎘/鎳鎘電池

目前，鎳鎘電池的應用僅次于鉛酸電池。它的比能量可以達到55瓦時/公斤，比功率超過190瓦時/千克，可以快速充電，循環壽命更長，是鉛酸電池的兩倍多，可以達到2000多倍，但價格是鉛酸蓄電池的4-5倍。雖然它的初始購買成本很高，但由于其在色容量和使用壽命方面的優勢，其長期實際使用成本并不高。使用過程中應注意回收利用，避免重金屬鎘對環境造成污染。

2.鎳氫電池

鎳氫電池和鎳鎘電池一樣屬于堿性電池，其特性與鎳鎘電池相似，但鎳氫電池不含鎘和銅，因此不存在重金屬污染的問題。目前，生產電動汽車用鎳氫電池的公司主要是Ovonie公司，該公司擁有80A?h和130A?h兩種單元電池，因此構成了30kw?h和50kw?h兩個規格的電池。其比能量為75-80Wh/kg，比功率為160-230W/kg，循環壽命超過600次。這種電池已經安裝在幾輛電動汽車上試用，其中一輛一次充電可以行駛345公里，還有一輛一年行駛超過8萬公里。由于價格高，它還沒有大規模生產。據估計，隨著鎳氫電池技術的發展，其比能量可超過80Wh/kg，循環壽命可超過2000次，其預期價格可降至150美元/kWh。通用汽車公司已將其作為未來幾年電動汽車的優先電池。

3.鈉硫電池

鈉硫電池也是近期電動汽車的熱門電池，美國福特汽車公司的Mnivan電動汽車使用鈉硫電池。它已被美國先進電池聯合會（USMABC）列為中期開發中的電動汽車電池。德國ABB公司生產的B240K鈉硫電池質量為17.5kg，存儲容量為19.2Kw?h

。比能量達到109瓦時/公斤，循環壽命為1200次，最佳汽車在負載測試中無故障運行2300公里。鈉硫電池主要存在嚴重的高溫腐蝕和電池壽命短的問題。性能穩定性和使用安全性都不理想。

4.鋰電池

鋰電池有很多種，如彩色鋰離子電池、高溫鋰熔鹽電池、鋰聚合物電池和聚合物固體電解質電池。鋰離子電池的比能量理論值為570Wh/kg，其目前的性能指標為：比能量為100Wh/K8，比功率為200w/kg，循環壽命為1200次，充電時間為2-4小時。

5、鋅空氣電池

鋅-空氣電池的潛在比能量約為200瓦時/千克。美國DEMI公司為電動汽車開發的鋅空氣電池的比能已達到約160瓦時/公斤，但仍存在壽命短、比功率低、無法輸出大電流、充電困難等缺點。美國的CRX電動汽車配備了鋅空氣電池。為了彌補它的不足，該車還配備了鎳鎘電池，以幫助汽車啟動和加速。CRX汽車的鋅空氣電池組質量為340公斤，充滿電時可儲存45千瓦時的能量，而CRX重量為159公斤的鎳錫電池充滿電時的能量為4千瓦時。充電12分鐘可使CRX電動汽車行駛65公里，充電1小時可行駛160公里。

6.飛輪蓄電池

飛輪電池是20世紀90年代提出的一種新概念電池。它突破了化學電池的限制，使用物理方法來儲存能量。眾所周知。當飛輪以一定的角速度旋轉時，它具有一定的動能。飛輪電池通過其動能轉化為電能。高科技飛輪用于儲存電能，很像標準電池。飛輪蓄電池中有一個電機。充電時，電機以電機的形式運行。在外部電源的驅動下，電機驅動飛輪高速旋轉，也就是說，給飛輪電池充電可以提高飛輪的轉速，從而提高其功能。放電時，電機作為發電機運行，由飛輪驅動輸出電能，完成機械能（動能）到電能的轉換。當飛輪電池通電時，飛輪的轉速逐漸降低。飛輪在真空環境中運行，轉速極高（最高可達200000 r/min）。所使用的軸承是非接觸式磁性軸承。據稱，飛輪電池的比能量為150瓦時/公斤，比功率為5000-10000瓦/公斤，使用壽命為25年，可用于電動汽車行駛500萬公里。美國飛輪系統公司成功地將一輛克萊斯勒LHS汽車改裝成了一輛帶有新開發的飛輪池的電動汽車，一次充電可行駛600公里，從96公里/小時加速的時間為6.5秒。

7.燃料電池

燃料電池是一種通過電極反應將儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。它不經過熱機過程，也不受熱循環的限制，因此能量轉換效率高。燃料電池的化學能轉換效率理論上可以達到100%，實際效率達到60%~80%，是普通內燃機的2-3倍。目前用于電動汽車的燃料電池是一種質量交換膜燃料電池（PEMFC），它使用純氫作為燃料，空氣作為氧化劑。1993年，在加拿大溫哥華科學技術展覽會上，加拿大BALLABC公司推出了世界上第一輛由PEMFC電池供電的電動公交車。有20名乘客，可行駛160公里/小時，最高速度為72.2公里/小時。梅賽德斯-奔馳還開發了一種由質子交換膜燃料電池供電的電動汽車。

從下個世紀的主導產業來看，汽車行業重點關注污染等主導能源兩個方面，從輕量化車身、鋁合金發動機、鋼制混合燃料發動機、可充電電池電動汽車等角度來看，各大汽車展開了激烈的競爭。本文重點介紹了國外電動汽車電池的現狀。

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幾種主要電動汽車電池的發展趨勢

目前，人們普遍認為，實踐發展的重點和目標可以分為……

短期、中期和長期。在不久的將來，改進型鉛酸電池和鎘鎳電池是主要的，MH-Ni電池和Na-S電池是中期的主要電池，鋰離子電池和燃料電池是長期的主要電池。

目前，越來越多的研究人員選擇鋰離子電池作為電動汽車的動力電池，因為鋰離子動力電池具有以下優點：工作電壓高（是鎳鎘電池的三倍）；比能量大（高達165WH/㎏, 是鎳氫電池的三倍）；體積小；重量輕；循環壽命長；自放電率低；無記憶效應；無污染等。如果使用鋰離子電池，很難降低電動汽車的成本。磷酸鐵鋰電池也是鋰電池的一種，其比能不到鈷氧化物鋰電池的一半，但其安全性高，循環次數可達2000次，放電穩定，價格低廉，已成為汽車動力的新選擇。

國際電池企業

日前，根據相關數據顯示，全球有20多家汽車鋰電池制造商，而日本處于世界前列，包括A123和JohnsonControls）

美國。中國的比亞迪、韓國的LG化學，僅日本就有十幾家相關公司，如東芝、日立、NEC、GSYuasa、松下公司和松下公司。

根據中國投資咨詢產業研究中心的數據，目前用于混合動力電動汽車的鎳氫電池大多由日本公司制造。日本的豐田和本田主導著混合動力電動汽車的相關技術，它們在世界市場的份額超過85%。

由于開發用于汽車的移動電池需要很長時間，因此汽車制造商和電池公司之間的合作是最重要的。在韓國，現代汽車和LG化學公司已經聯合開發和合作了5年多。今年7月，現代汽車即將推出伊蘭特液化石油氣混合動力電動汽車。此外，LG化學公司已成為通用汽車在美國內置混合動力汽車中使用的電池的開發合作伙伴，兩家公司正在著手聯合開發。

因此，韓國和日本公司在技術方面的競爭變得更加激烈。從1992年到2001年的十年里，日本已投資166億日元開發用于儲存電力和小型電動汽車的鋰電池。2002年至2006年，53億日元也被投資于燃料電池汽車用鋰電池的開發。今年，日本汽車公司、電池公司等相關企業聯合發布了開發第二代汽車移動電池的開發計劃。從去年到2011年，將投資110億日元開發第二代汽車電池系統。研發的目標是開發一種性能提高50%、價格僅為七分之一的全新電池。

自2004年以來，韓國公司，主要是現代汽車公司和LG化學公司，已投資160億韓元開發用于混合動力電動汽車的高產量鋰電池，作為第二代電池增長動力產業的一部分。此外，去年，韓國知識經濟部決定在5年內協助400億韓元開發內置混合動力電動汽車的移動電池及相關系統，并于2013年開始批量生產。與此同時，本屆政府已將環保汽車產業選為新的支柱產業。政府的目標是在未來成為世界上綠色汽車生產領域最大的四個國家之一。

根據德意志銀行的一項調查，汽車制造商最愿意與以下10家公司合作開發汽車用鋰電池：1）JohnsonControls Saft（johnson controls和Saft的合資企業）；2） A123系統公司（由麻省理工學院、通用電氣等投資，與大陸集團合作）；3） LG化學（該公司在美國有一個子公司Compact Power）；4） enerdel（ener1和德爾福的合資企業）；5） AESC（日產和NEC的合資企業）；6） PEVE（豐田和松下的合資企業）；7） GS湯淺；8） 日立公司；9） 三洋電機；

10） 三星。

權威替代能源網站GreenCarCongress的編輯MichaelMillikin預測，未來汽車鋰電池的“三大”制造商將是：1）PEVE、2）AESC和3）LG化學。這些供應商大多與至少兩家汽車制造商簽訂了合同，全球幾家主要汽車制造商通常會選擇至少兩家鋰電池供應商。

中國電池企業現狀

動力電池研發產品主要性能處于國際先進水平，電池產業基礎雄厚，但一些薄弱環節亟待解決。我國動力電池關鍵技術、關鍵材料和產品研發取得重大進展，整體水平可與日本、美國、德國等國際先進水平相媲美。比亞迪、力神、雷天開發的兩類多系列鎳氫和鋰離子動力電池的能量密度和功率密度（能量密度和動力密度是指單位重量的能量和功率，前者決定電動汽車的續航里程和重量，后者決定汽車的功率）。在電催化劑、復合膜和雙極板等關鍵材料方面也取得了重要進展。電動汽車大致可分為三類：混合動力汽車、燃料電池汽車和電動汽車。電動汽車電池普遍存在問題。

電池及其管理系統是電動汽車的關鍵技術之一。過去幾年，大多數企業在電動汽車的發展中都遇到了尷尬，主要是由于使用了鉛酸、鎳鎘、鎳氫電池等。現在，經過研究和實驗比較，用更高能量密度的鋰離子電池取代鉛和鎳氫電池正成為一項核心技術。它具有重量輕、儲能大、功率大、無污染、無二次污染、使用壽命長、自放電系數小、溫度適應性廣等優點，是電動自行車、電動摩托車、電動汽車和電動卡車的理想車載電池。缺點是價格高，安全性差。然而，現有技術中已經開發出了錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰和磷酸釩鋰等新材料，這大大提高了鋰離子電池的安全性并降低了成本。

鋰離子電池產業化趨勢

隨著成本的大幅降低和性能的大幅提高，許多汽車制造商已經開始使用鋰離子電池。例如，富士重工與NEC合作開發了一種廉價的Cell錳鋰離子電池（錳酸鋰電池），該電池具有安全性高、制造成本低的特點，在車輛環境中的使用壽命高達12年10萬公里，相當于純電動汽車。除了體積小、容量大之外，東芝開發的快速充電鋰離子電池采用了可以使納米粒子均勻的固定技術，使鋰離子能夠均勻地吸附在電池的負極上，并可以在一分鐘內充電到其容量的80%，六分鐘后充滿電。美國主要電池工廠江森自控于2005年9月在威斯康星州密爾沃基設立了一個研發基地，并于2006年1月再投資50%的資本，與法國電池工廠Saft共同建立江森自控Saft先進電源解決方案（JCS）。2006年8月，JCS承擔了由美國能源部牽頭的為期兩年的美國ABC（美國先進電池聯盟）純電動汽車鋰離子電池研發計劃合同，并與汽車工廠簽署了提供大功率鋰離子電池的合同。

目前，世界上主要有以下類型的動力電池：

1.鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池已有100多年的歷史，被廣泛用作內燃機汽車的起動電源。它也是一種成熟的電動汽車電池，目前采用率約為8%~90%。它具有良好的可靠性、易于獲得的原材料和低廉的價格；比功率基本可以滿足電動汽車的功率要求。但它有兩個主要缺點；首先，比能量低，質量和體積太大，一次充電的里程短；

另一個是使用壽命短，使用成本高。

鎳鎘/鎳鎘電池

目前，鎳鎘電池的應用僅次于鉛酸電池。它的比能量可以達到55瓦時/公斤，比功率超過190瓦時/千克，可以快速充電，循環壽命更長，是鉛酸電池的兩倍多，可以達到2000多倍，但價格是鉛酸蓄電池的4-5倍。雖然它的初始購買成本很高，但由于其在色容量和使用壽命方面的優勢，其長期實際使用成本并不高。使用過程中應注意回收利用，避免重金屬鎘對環境造成污染。

2.鎳氫電池

鎳氫電池和鎳鎘電池一樣屬于堿性電池，其特性與鎳鎘電池相似，但鎳氫電池不含鎘和銅，因此不存在重金屬污染的問題。目前，生產電動汽車用鎳氫電池的公司主要是Ovonie公司，該公司擁有80A?h和130A?h兩種單元電池，因此構成了30kw?h和50kw?h兩個規格的電池。其比能量為75-80Wh/kg，比功率為160-230W/kg，循環壽命超過600次。這種電池已經安裝在幾輛電動汽車上試用，其中一輛一次充電可以行駛345公里，還有一輛一年行駛超過8萬公里。由于價格高，它還沒有大規模生產。據估計，隨著鎳氫電池技術的發展，其比能量可超過80Wh/kg，循環壽命可超過2000次，其預期價格可降至150美元/kWh。通用汽車公司已將其作為未來幾年電動汽車的優先電池。

3.鈉硫電池

鈉硫電池也是近期電動汽車的熱門電池，美國福特汽車公司的Mnivan電動汽車使用鈉硫電池。它已被美國先進電池聯合會（USMABC）列為中期開發中的電動汽車電池。德國ABB公司生產的B240K鈉硫電池質量為17.5kg，存儲容量為19.2Kw?h

。比能量達到109瓦時/公斤，循環壽命為1200次，最佳汽車在負載測試中無故障運行2300公里。鈉硫電池主要存在嚴重的高溫腐蝕和電池壽命短的問題。性能穩定性和使用安全性都不理想。

4.鋰電池

鋰電池有很多種，如彩色鋰離子電池、高溫鋰熔鹽電池、鋰聚合物電池和聚合物固體電解質電池。鋰離子電池的比能量理論值為570Wh/kg，其目前的性能指標為：比能量為100Wh/K8，比功率為200w/kg，循環壽命為1200次，充電時間為2-4小時。

5、鋅空氣電池

鋅-空氣電池的潛在比能量約為200瓦時/千克。美國DEMI公司為電動汽車開發的鋅空氣電池的比能已達到約160瓦時/公斤，但仍存在壽命短、比功率低、無法輸出大電流、充電困難等缺點。美國的CRX電動汽車配備了鋅空氣電池。為了彌補它的不足，該車還配備了鎳鎘電池，以幫助汽車啟動和加速。CRX汽車的鋅空氣電池組質量為340公斤，充滿電時可儲存45千瓦時的能量，而CRX重量為159公斤的鎳錫電池充滿電時的能量為4千瓦時。充電12分鐘可使CRX電動汽車行駛65公里，充電1小時可行駛160公里。

6.飛輪蓄電池

飛輪電池是20世紀90年代提出的一種新概念電池。它突破了化學電池的限制，使用物理方法來儲存能量。眾所周知。當飛輪以一定的角速度旋轉時，它具有一定的動能。飛輪電池通過其動能轉化為電能。高科技飛輪用于儲存電能，很像標準電池。飛輪蓄電池中有一個電機。充電時，電機以電機的形式運行。在外部電源的驅動下，電機驅動飛輪高速旋轉，也就是說，給飛輪電池充電可以提高飛輪的轉速，從而提高其功能。放電時，電機作為發電機運行，由飛輪驅動輸出電能，完成機械能（動能）到電能的轉換。當飛輪電池通電時，飛輪的轉速逐漸降低。飛輪在真空環境中運行，轉速極高（最高可達200000 r/min）。所使用的軸承是非接觸式磁性軸承。據稱，飛輪電池的比能量為150瓦時/公斤，比功率為5000-10000瓦/公斤，使用壽命為25年，可用于電動汽車行駛500萬公里。美國飛輪系統公司成功地將一輛克萊斯勒LHS汽車改裝成了一輛帶有新開發的飛輪池的電動汽車，一次充電可行駛600公里，從96公里/小時加速的時間為6.5秒。

7.燃料電池

燃料電池是一種通過電極反應將儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。它不經過熱機過程，也不受熱循環的限制，因此能量轉換效率高。燃料電池的化學能轉換效率理論上可以達到100%，實際效率達到60%~80%，是普通內燃機的2-3倍。目前用于電動汽車的燃料電池是一種質量交換膜燃料電池（PEMFC），它使用純氫作為燃料，空氣作為氧化劑。1993年，在加拿大溫哥華科學技術展覽會上，加拿大BALLABC公司推出了世界上第一輛由PEMFC電池供電的電動公交車。有20名乘客，可行駛160公里/小時，最高速度為72.2公里/小時。梅賽德斯-奔馳還開發了一種由質子交換膜燃料電池供電的電動汽車。

從下個世紀的主導產業來看，汽車行業重點關注污染等主導能源兩個方面，從輕量化車身、鋁合金發動機、鋼制混合燃料發動機、可充電電池電動汽車等角度來看，各大汽車展開了激烈的競爭。本文重點介紹了國外電動汽車電池的現狀。

[第頁]

幾種主要電動汽車電池的發展趨勢

目前，人們普遍認為，實踐發展的重點和目標可以分為……

短期、中期和長期。在不久的將來，改進型鉛酸電池和鎘鎳電池是主要的，MH-Ni電池和Na-S電池是中期的主要電池，鋰離子電池和燃料電池是長期的主要電池。

目前，越來越多的研究人員選擇鋰離子電池作為電動汽車的動力電池，因為鋰離子動力電池具有以下優點：工作電壓高（是鎳鎘電池的三倍）；比能量大（高達165WH/㎏, 是鎳氫電池的三倍）；體積小；重量輕；循環壽命長；自放電率低；無記憶效應；無污染等。如果使用鋰離子電池，很難降低電動汽車的成本。磷酸鐵鋰電池也是鋰電池的一種，其比能不到鈷氧化物鋰電池的一半，但其安全性高，循環次數可達2000次，放電穩定，價格低廉，已成為汽車動力的新選擇。

國際電池企業

日前，根據相關數據顯示，全球有20多家汽車鋰電池制造商，而日本處于世界前列，包括A123和JohnsonControls）

美國。中國的比亞迪、韓國的LG化學，僅日本就有十幾家相關公司，如東芝、日立、NEC、GSYuasa、松下公司和松下公司。

根據中國投資咨詢產業研究中心的數據，目前用于混合動力電動汽車的鎳氫電池大多由日本公司制造。日本的豐田和本田主導著混合動力電動汽車的相關技術，它們在世界市場的份額超過85%。

由于開發用于汽車的移動電池需要很長時間，因此汽車制造商和電池公司之間的合作是最重要的。在韓國，現代汽車和LG化學公司已經聯合開發和合作了5年多。今年7月，現代汽車即將推出伊蘭特液化石油氣混合動力電動汽車。此外，LG化學公司已成為通用汽車在美國內置混合動力汽車中使用的電池的開發合作伙伴，兩家公司正在著手聯合開發。

因此，韓國和日本公司在技術方面的競爭變得更加激烈。從1992年到2001年的十年里，日本已投資166億日元開發用于儲存電力和小型電動汽車的鋰電池。2002年至2006年，53億日元也被投資于燃料電池汽車用鋰電池的開發。今年，日本汽車公司、電池公司等相關企業聯合發布了開發第二代汽車移動電池的開發計劃。從去年到2011年，將投資110億日元開發第二代汽車電池系統。研發的目標是開發一種性能提高50%、價格僅為七分之一的全新電池。

自2004年以來，韓國公司，主要是現代汽車公司和LG化學公司，已投資160億韓元開發用于混合動力電動汽車的高產量鋰電池，作為第二代電池增長動力產業的一部分。此外，去年，韓國知識經濟部決定在5年內協助400億韓元開發內置混合動力電動汽車的移動電池及相關系統，并于2013年開始批量生產。與此同時，本屆政府已將環保汽車產業選為新的支柱產業。政府的目標是在未來成為世界上綠色汽車生產領域最大的四個國家之一。

根據德意志銀行的一項調查，汽車制造商最愿意與以下10家公司合作開發汽車用鋰電池：1）JohnsonControls Saft（johnson controls和Saft的合資企業）；2） A123系統公司（由麻省理工學院、通用電氣等投資，與大陸集團合作）；3） LG化學（該公司在美國有一個子公司Compact Power）；4） enerdel（ener1和德爾福的合資企業）；5） AESC（日產和NEC的合資企業）；6） PEVE（豐田和松下的合資企業）；7） GS湯淺；8） 日立公司；9） 三洋電機；10） 三星。

權威替代能源網站GreenCarCongress的編輯MichaelMillikin預測，未來汽車鋰電池的“三大”制造商將是：1）PEVE、2）AESC和3）LG化學。這些供應商大多與至少兩家汽車制造商簽訂了合同，全球幾家主要汽車制造商通常會選擇至少兩家鋰電池供應商。

中國電池企業現狀

動力電池研發產品主要性能處于國際先進水平，電池產業基礎雄厚，但一些薄弱環節亟待解決。我國動力電池關鍵技術、關鍵材料和產品研發取得重大進展，整體水平可與日本、美國、德國等國際先進水平相媲美。比亞迪、力神、雷天開發的兩類多系列鎳氫和鋰離子動力電池的能量密度和功率密度（能量密度和動力密度是指單位重量的能量和功率，前者決定電動汽車的續航里程和重量，后者決定汽車的功率）。在電催化劑、復合膜和雙極板等關鍵材料方面也取得了重要進展。

標簽：豐田現代比亞迪本田奔馳

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