安全性是車載鋰離子充電電池走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵因素

用于混合動力車的充電電池及大容量電容器相關(guān)會議—“第7屆國際高級汽車電池與超級電容研討會(AABC-07)”于2007年5月16日～18日在美國加州長灘舉行。與會人員約為 700人，分別來自汽車制造商、電池生產(chǎn)商、材料生產(chǎn)商和制造設(shè)備生產(chǎn)商等。他們在會場上大量收集車載充電電池的相關(guān)信息，對于鋰離子充電電池在混合動力車中的應(yīng)用前景表現(xiàn)出了濃烈的興趣。

AABC的主辦方美國市場咨詢公司Advanced Automotive Batteries的總經(jīng)理Menahem Anderman分析認(rèn)為，與2006年相比，盡管混合動力車的市場規(guī)模在2010年將會擴(kuò)大1.7倍，出貨量增加到約110萬臺，但其中采用鋰離子充電 電池的比例將非常低，按金額計(jì)算大約只占全部混合動力車充電電池市場的5%。

這種情況意味著，預(yù)定在2008年上市的豐田第三代Prius混合動力車將不會采用鋰離子充電電池。一直以來，汽車及車載電池相關(guān)人士一直認(rèn)為 Prius會是最先采用鋰離子充電電池的汽車。但由于筆記本電腦和手機(jī)中的鋰離子充電電池在2006年相繼發(fā)生起火事故，人們對于鋰離子充電電池安全性的要求因此變得更加嚴(yán)格。汽車制造商在采用鋰離子充電電池的問題上，也不得不采取謹(jǐn)慎的態(tài)度。

Prius的年出貨量將近20萬臺，約占全球所有混合動力車出貨量的50%。如果豐田汽車公司因?yàn)樵赑rius中采用了鋰離子充電電池而發(fā)生問題的話，那么，公司在混合動力車方面建立起來的信譽(yù)就可能會徹底消失。因此，在采用鋰離子充電電池的問題上，比較現(xiàn)實(shí)的策略是，首先在年出貨量較少的車型上開始嘗試，等達(dá)到一定的可靠性之后，再擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

實(shí)際應(yīng)用至少還需兩年

在混合動力車領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位的豐田汽車公司尚且如此，其它的汽車制造商要采用鋰離子充電電池至少還需要花費(fèi)兩年以上的時間。這主要是因?yàn)檫@些汽車制造商直到最近才開始和電池生產(chǎn)商建立合資公司，準(zhǔn)備向汽車制造商提供大批量生產(chǎn)的電池單元。

據(jù)了解，在汽車行業(yè)中，決定要采用一種零部件之后，最少也需要花費(fèi)兩年的時間進(jìn)行可靠性試驗(yàn)等評估工作。因此，不論是日產(chǎn)汽車、NEC及NEC東金 (NEC Tokin)的合資公司，還是三菱汽車、GS湯淺及三菱商事的合資公司，如果其量產(chǎn)產(chǎn)品從現(xiàn)在開始進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的話，最快也要到2009年之后才有可能被市場上銷售的汽車所采用。

盡管如此，日本的汽車制造商在推動鋰離子充電電池的汽車應(yīng)用方面還是很努力的。而美國的汽車制造商在這方面的表現(xiàn)則不是很積極。

美國通用汽車和福特汽車公司正在制訂將混合動力車推向市場的計(jì)劃，在此基礎(chǔ)上，他們理應(yīng)更深入地參與鋰離子充電電池的開發(fā)工作，并積極推動插入式混 合動力車的實(shí)際應(yīng)用。但是，目前在通用汽車公司、福特汽車公司、戴姆勒-克萊斯勒汽車公司所參與籌劃的USABC(美國先進(jìn)電池聯(lián)盟)中，雖然正在推進(jìn)作為國家項(xiàng)目的混合動力車鋰離子充電電池的開發(fā)工作，但在如何投入大批量生產(chǎn)的問題上，前景并不明朗。這是因?yàn)?，美國雖然有許多從事鋰離子充電電池開發(fā)的企 業(yè)，但是，涉足大批量生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)卻幾乎沒有。各廠商的材料選擇大不相同

在需要極高安全性的車載鋰離子充電電池中，應(yīng)該如何選擇正極材料、負(fù)極材料、電解液及隔膜，各汽車制造商及電池生產(chǎn)商的想法大不相同。

現(xiàn)在，主流鋰離子充電電池的正極通常采用LiCoO2、負(fù)極采用石墨，當(dāng)溫度達(dá)到150℃左右時，正極材料會產(chǎn)生氧氣，并和電解液發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)異常發(fā)熱的現(xiàn)象。因此，日產(chǎn)汽車和NEC集團(tuán)想要采用很難產(chǎn)生氧氣的LiMn2O4作為正極材料。

另一方面，豐田汽車、松下電池工業(yè)以及GS湯淺公司則認(rèn)為，LiMn2O4因?yàn)殄i的溶出而會導(dǎo)致壽命不穩(wěn)定，同時，其能量密度與現(xiàn)在的鋰離子充電電 池相比有所降低。因此，他們打算采用鎳類正極材料，并正在推進(jìn)相關(guān)的研發(fā)工作。鎳類正極材料可分為兩種，即LiNi0.85Co0.15A10.05O2 和LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2，它們產(chǎn)生的熱量和耐熱溫度也不一樣。為了提高電池的安全性，汽車制造商及電池生產(chǎn)商在研究正極材料特性的同時，也在使用不同的負(fù)極材料、電解液及隔膜反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，以找到最合適的組合。

在此次的AABC-07上，各廠商就提高鋰離子充電電池安全性的新措施發(fā)表了多篇演講(見表1)，并展出了一系列具有高耐熱性能的產(chǎn)品。

A123系統(tǒng)公司領(lǐng)先一步

許多公司都選擇了采用LiFePO4作為鋰離子充電電池的正極材料，雖然其平均電壓很低，只有3.5V，能量密度也很低，但在高溫下的安全性卻非常高，并且價(jià)格穩(wěn)定。因此，廠商對LiFePO4寄予了厚望。

在實(shí)際應(yīng)用方面，美國A123系統(tǒng)公司處于領(lǐng)先地位。在此次的AABC-07上，他們就LiFePO4正極材料的特點(diǎn)及電池單元盼性能進(jìn)行了兩次演講。A123系統(tǒng)公司從2005年11月就開始向美國電動工具制造商BlackDecker公司提供電池單元。目前，該公司正在開發(fā)面向混合動 力車及插入式混合動力車的電池單元。

A123系統(tǒng)公司正在加快向汽車行業(yè)擴(kuò)展業(yè)務(wù)的步伐，2007年5月，他們收購了生產(chǎn)燃料電池單元及插入式混合動力車電池單元的加拿大Hymotion公司，并在中國建立了面向車載鋰離子充電電池的批量生產(chǎn)線。

據(jù)介紹，A123系統(tǒng)公司的正極材料利用了在粒徑很小的磷酸鐵中適