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09年锂离子电池实现飞跃:问题不断解决

信息来源:foioo.com  时间:2009-02-19  浏览次数:126

  此前在乘用车方面未得到广泛采用的锂离子充电电池最近迅速引起业界的关注,原因是被认为是锂离子电池缺点的安全性及寿命等问题得到了顺利解决。
  最大的问题是“锂离子电池能否作为安全的电池使用于汽车”。就像个人电脑的出现过的着火事故一样,锂离子充电电池存在内部短路导致热失控的危险。事实上,三菱于1996年开发的HEV就曾遭遇过由于过充电导而导致着火的事故。
  为此,电池厂商在确保功率及能量的同时,通过在正极材料、隔板及电解液等组合使用高安全性材料,同时还对电池单元模块的结构及电池控制系统不断进行了改进。
  另外,寿命方面也存在课题。车载充电电池一般要求能够使用5年,行驶10万km以上。电池厂商凭借此前的供货业绩及加速试验等不断改进,在满足上述要求方面已经有了眉目。
  另一个问题是成本。在大容量锂离子充电电池方面,价格原来就被公认为其瓶颈,这一点目前也未得到改观。不过,成本高的一个原因是少批量生产。当各大电池厂商进行大规模投资,同时启动量产线时,是有望使成本下降的。
  使用层叠型的AESC
  锂离子充电电池利用的是通过锂离子在正极及负极材料的结晶中进出的电化学反应原理。充电时锂离子从正极放出,向负极移动。放电时锂离子从负极向正极移动,电子通过外部电路移向正极,从而产生电流。
  锂离子电池的最大课题是安全性问题,为了提高安全性,各公司均在进行改进的首先就是正极材料。在消费类电子产品等领域,普通正极材料采用具有层状结构的LiCoO2(钴酸锂,以下称Co类)。Co类材料由于内部短路等会被加热到百数十℃以上,此时会使结晶结构遭到破坏,由此产生氧。所以有可能与有机类电解液发生反应,容易导致着火及冒烟情况。
  因此在车载领域一直使用稳定性比Co类更高的材料。AESC采用的LiMn4O2(锰酸锂,以下称Mn类)就是其中之一。该材料具有尖晶石结构,在锂离子移走后,结晶也不易破坏,也不会产生氧,因此安全性较高。
  AESC公司在正极材料上采用Mn类材料。充电时锂离子从正极移出后,尖晶石构造的锰酸锂也能保持结晶稳定。
  AESC除了采用Mn类正极材料外,还有一个特点。这就是采用了层积正极和负极的电池单元,形状了类似食品真空袋的“层叠构造”。
  锂离子电池一般是在内芯等卷上一对正极和负极、收放于圆筒或方型容器内的“卷绕型”。本文提及的电池除AESC以外,均为卷绕型。
  选择层叠型的原因是“与集电结构复杂的卷绕型相比,通过从板极引出被称为调整片(Tab)的端子并压接而成的层叠型可实现更低的成本”(日产汽车EV能源开发部专家负责人宫本丈司)。 AESC集成多个层叠型电池单元制成了以铝制外壳覆盖的电池组,并通过排列该电池组形成了电池模块。日产计划从2008年4月开始在座间工厂开始生产,2009年HEV和EV合计达1万3000辆/年的规模,并在将来建立6万5000辆/年的量产体制。
  HEV用电池性能方面,功率密度为3000W/kg,能量密度为70Wh/kg左右。而EV用电池则分别为1900W/kg、90Wh/kg左右。

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