中國電動汽車電池技術(shù)研發(fā)與市場現(xiàn)狀

表2 聚合物電極厚度的變化

圖3 等效電路時的測定與擬合結(jié)果

由于硫化熱解聚丙烯晴（SPAN）與熱解聚丙烯晴（PPAN）的結(jié)構(gòu)不同，前者在600℃以上仍能保持穩(wěn)定。

用硫化聚丙烯晴做正極，鋰箔做負(fù)極的原型聚合物鋰電池，大小為4x40x26mm3，能量密度為246Wh/kg或401Wh/l。

另外，在以石墨做鋰硫電池負(fù)極的實驗中，在一個干燥的空氣或惰性氣體盒內(nèi)，用Celgard的2400孔隔膜做隔片，置于正負(fù)極之間形成電芯，在負(fù)極與隔片之間是100μm厚的鋰箔材料，然后注入1M LiPF6-EC/DEC電解液，最后密封成扣式電池。特性曲線如圖4所示。添加Li2.6Co0.4N后的充放電曲線見圖5。

圖4 以石墨做鋰硫聚合物電池正極的特性曲線

圖5 添加Li2.6Co0.4N后的充放電曲線

上述兩種方法中，以石墨做負(fù)極比金屬鋰更安全；鋰化前的硫化物正極由電化學(xué)的鋰化生成；在硫化物/石墨電池和硫化物/鋰電池之間存在0.2V的電壓差；硫化物/石墨電池具有更穩(wěn)定的循環(huán)壽命。

碳納米管硫化聚丙烯腈正極材料

關(guān)于硫基復(fù)合正極材料的另一項研究成果是上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院楊軍教授研究的炭納米管表面生長聚丙烯腈共聚物的含硫復(fù)合正極材料（見圖6）。這是一種B型聚丙烯腈、硫與5%碳納米管的燒結(jié)產(chǎn)物。約20nm管徑的MWCNT貫穿于顆粒之間,減小了二次顆粒的尺寸，形成了良好的結(jié)構(gòu)骨架和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。隨著碳管含量的增加，初始容量有所降低，但電極的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能得到了提高（見圖7）。

圖6 具有導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的硫基正極材料

圖7 增加碳管含量，初始容量有所降低，但電極的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能得到了提高

采用環(huán)糊精作電極粘合劑，因為其無論在小電流還是大電流倍率下，都具有最好的循環(huán)性能。圖8和表3是幾種電極粘合劑對電池性能影響的比較。（記者恩平）

圖8 幾種電極粘合劑對電池性能的影響比較

表3 首次與100次循環(huán)充電容量比較

金屬空氣電池

目前市場上比亞迪F3雙模電動車所用的磷酸鐵鋰電池330V/60Ah電池組，只有19.8kWh，重達(dá)230kg，實際能量密度僅為86Wh/kg. 如果用這種電池加大到60kWh（大約行駛400公里），重量將達(dá)到無法接受的700kg。

另外，中國產(chǎn)的電動公交車均宣稱續(xù)航里程可達(dá)300公里，但世博會上的純電動公交車采用3600kg重的電池(共12塊，每塊300kg）不開空調(diào)只能行駛110～120公里，開空調(diào)的話更是只能續(xù)駛80公里，而公交車的日平均營運里程是250公里。由于擔(dān)心電池的安全性，無法深度充放電。因此，實際可用電能小于電池標(biāo)稱能量的一半。

中國博信電池（Powerzinc）總設(shè)計師楊德謙在“未來電動汽車高能電源研討會”上，用上述兩個事例指出了中國市場上現(xiàn)有動力電池的不足。

中南大學(xué)化學(xué)電源與材料研究所所長唐有根對楊德謙的觀點表示贊同，他用一組數(shù)據(jù)具體說明了金屬空氣電池與現(xiàn)有動力電池相比的較大優(yōu)勢（見表4）。

表4 電動汽車動力電池性能參數(shù)比較

在中國，金屬空氣電池中，鋁和鋅空氣電池已有研發(fā)，并進(jìn)入了市場應(yīng)用，而鋰空氣電池的研究目前基本上還是一項空白。

鋁空氣電池

鋁空氣電池（結(jié)構(gòu)見圖9）具有以下特點：

圖9 鋁空氣電池結(jié)構(gòu)示意圖

1．能量密度高：鋁的理論能量密度為8100Wh/Kg,電池實際能量密度超過350Wh/kg。

2．操作簡便，使用壽命長：金屬電極可以機(jī)械更換，電池管理簡單，使用壽命只取決于氧電極的工作壽命。

3．電池結(jié)構(gòu)多樣：可設(shè)計成一次電池或二次電池，金屬陽極可以是板式、楔型或膏體，電解液可循環(huán)或不循環(huán)。

4．循環(huán)經(jīng)濟(jì)：電池消耗鋁、氧和水，生成金屬氧化物。后者可采用水、風(fēng)能、太陽能等可再生能源還原。對于普通小汽車，每100km消耗3kg鋁和5L水，再生成本不足10元。

5．綠色環(huán)保：無毒、無有害氣體，不污染環(huán)境。