超越發(fā)動機車的新一代EV 日產(chǎn)LEAF技術詳解（二）

電池成本在200萬日元以下

　　日產(chǎn)在LEAF的開發(fā)上尤其致力于主要部件即鋰離子充電電池和馬達的自制。這樣做除了考慮到這些都是日產(chǎn)首款EV配備的核心部件，需要確立相關技術之外，還有另外一個重要原因。這就是“即使想從外部采購，也沒有適合LEAF的部件”（日產(chǎn)副社長山下光彥）。由于EV用部件及材料的開發(fā)剛剛就緒，市場上幾乎沒有可供選擇的產(chǎn)品，因此日產(chǎn)只有自已來制造。下面就從日產(chǎn)自制的鋰離子充電電池來看一下。

　　作為EV的課題，必須要指出的是價格高且充電一次的持續(xù)行駛距離較短的問題。要想解決這些課題，最有效的手段是降低鋰離子充電電池的成本以及提高其性能。降低成本自不必說，而從性能來看，具體而言就是要提高重量能量密度（以下簡稱能量密度），如果能夠提高能量密度，則可通過配備少量電池來獲得充分的一次充電持續(xù)行駛距離。

　　LEAF配備的鋰離子充電電池在這兩方面均得到大幅改善。首先，電池的能量密度估計為140Wh/kg左右。對于這一性能的提高，日產(chǎn)已在2009年7月舉行的“09年先進技術說明會”上做過介紹，而此次還公開了降低成本的部分進展。

　　據(jù)日本新能源及產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）調(diào)查，車用鋰離子充電電池的價格2009年為10萬日元/kWh。LEAF所配電池的容量為24kWh，因此粗略換算的話為240萬日元。不過，日產(chǎn)解說員在此次發(fā)布會上介紹說：“如果以200萬日元的價格來銷售（電池組）的話仍會有很高的收益性”。200萬日元/24kWh也就是8.3萬日元/kWh。如果說這一價格仍能有高利潤的話，成本上就要大大低于8.3萬日元/kWh。日產(chǎn)在這一方面從未放松努力，爭取在2015年降至3萬～4萬日元/kWh。

采用錳類正極和層壓構造

　　電池組成本的降低帶來了良好的量產(chǎn)效果，其中日產(chǎn)采用的電池材料和電池單元構造也做出了巨大貢獻。日產(chǎn)的鋰離子充電電池的特點是采用了錳（Mn）類正極（錳酸鋰，LiMn2O4）和層壓構造。筆記本電腦等使用的是正極采用鈷（Co）類材料（鈷酸鋰，LiCoO2）的電池類型。錳的價格比鈷便宜，而且價格變動也較少。正極材料在鋰離子充電電池的成本中占有較高比例，因此錳類材料在成本方面有利。

　　另外，錳類材料為尖晶石構造，即使鋰在充電時從正極脫離，基本構造也會保留完好，因此穩(wěn)定性較高，耐久性及安全性出色（圖5）。而鈷類及3元類〔Li（Ni-Co-Mn）O2〕材料則是對鋰進行三明治式層疊的層狀構造，因此當鋰脫離后容易變得不穩(wěn)定。

圖5：尖晶石構造和層狀構造的充電放示意圖
尖晶石構造的錳類（LiMn2O4）正極在充電時即使鋰脫離也會維持穩(wěn)定構造，而層狀構造的話容易變得不穩(wěn)定。

　　錳類材料雖然成本低且穩(wěn)定性高，但卻存在能量密度低于鈷類及3元類材料的課題。這一課題通過采用簡單的層壓型以有效利用空間來解決。普通鋰離子充電電池大多卷繞著帶狀電極及隔膜收放在圓筒形及方形的外殼內(nèi)，而層壓型則層疊多個電極及隔膜封入鋁層合薄膜中。“與圓筒形相比層壓型的部件數(shù)量少2～3成，因此可控制成本”（日產(chǎn)）。

　　LEAF配備的鋰離子充電池以4個層壓型電池單元為1組制造模塊，通過嵌入48個這樣的模塊形成電池組。

　　發(fā)布會上展示的電池組是開發(fā)最終階段的產(chǎn)品，因此與已量產(chǎn)的產(chǎn)品略有不同（圖6）。量產(chǎn)產(chǎn)品新導入了為使電極及隔膜不在內(nèi)部移動而進行固定的構造。其原因在于層壓部分中形成了大量層疊薄型電極及隔膜的構造，如果這些電極及隔膜移動，導致電極間的距離出現(xiàn)不均的話，發(fā)電及充電時的反應條件就會發(fā)生變化。

圖6：電池組的構造
在鋼制機殼中嵌入48個電池模塊（a）。在電池模塊中放入了4個電池單元，因此按48×4計算，電池單元的總數(shù)為192個。容量為24kWh，最大輸出功率為90kW，總電壓為360V。外形尺寸為1570×1190×260mm。重量約為280kg。展示的電池組與實車配備的產(chǎn)品略有不同。實車配備的電池組在電池單元的周圍套上了畫框形狀的樹脂部件，可結實地固定住（b）。

　　為此，通過加深在模塊上面設計的凹坑形狀來穩(wěn)穩(wěn)按住電池單元，并像畫框一樣用樹脂部件將層壓型電池單元的周邊圍起來的做法，來把電池單元結實地固定住。而且“還在層壓部分中加入了板材，形成了內(nèi)部層疊體不會移動的構造”（日產(chǎn)）。通過這一手段，電池的性能得到穩(wěn)定，而且耐久性也有所提高。

　　電池的劣化程度“還要看使用情況，估計電池容量5年減少2成，10年減少3成”（日產(chǎn)）。

重量約280kg

　　電池組的重量達到約280kg。與本田在“飛度（FIT）”及“INSIGHT”上配備的混合動力系統(tǒng)（整體約60kg）相比相當重。