中國電動汽車電池技術研發(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果

由于硫化熱解聚丙烯晴（SPAN）與熱解聚丙烯晴（PPAN）的結構不同，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極的實驗中，在一個干燥的空氣或惰性氣體盒內，用Celgard的2400孔隔膜做隔片，置于正負極之間形成電芯，在負極與隔片之間是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，以石墨做負極比金屬鋰更安全；鋰化前的硫化物正極由電化學的鋰化生成；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

關于硫基復合正極材料的另一項研究成果是上海交通大學化學化工學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，形成了良好的結構骨架和導電網(wǎng)絡。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 具有導電網(wǎng)絡結構的硫基正極材料

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）不開空調只能行駛110～120公里，開空調的話更是只能續(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稱能量的一半。

中國博信電池（Powerzinc）總設計師楊德謙在“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。

中南大學化學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)，并進入了市場應用，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（結構見圖9）具有以下特點：

圖9 鋁空氣電池結構示意圖

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．電池結構多樣：可設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：電池消耗鋁、氧和水，生成金屬氧化物。后者可采用水、風能、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。