什么是車用鋰電池，我國車用鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-10 09:14
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制造工藝和生產(chǎn)設(shè)備是決定電池性能的重要因素。當(dāng)前，我國電芯的一致性差，這與國內(nèi)的鋰電池制造工藝、質(zhì)量監(jiān)控及設(shè)備自動化水平不高有著重要關(guān)系。日韓等在上料、合漿、極片和電芯生產(chǎn)、電池化成和篩選、電池組和模塊組裝、物流和在線質(zhì)量檢測等工藝上均采用了較高的自動化裝備，自動化水平在80%以上。而國內(nèi)動力電池制造工藝自動化水平相對較低，一線企業(yè)自動化比例約50%，二線企業(yè)僅在20%左右，自動化水平較低是導(dǎo)致我國電芯一致性差的直接原因。
鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展碳酸鋰價(jià)格持續(xù)瘋漲
6.安全事故頻發(fā)，電池安全亟需重視
伴隨著我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，新能源汽車安全事故時(shí)有發(fā)生，安全問題已成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的命脈，關(guān)系著整個(gè)產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2010年以來，我國新能源汽車安全事故共49例，其中2015年發(fā)生14例，2016年1-7月已發(fā)生15例，事故頻率明顯提高，尤其是電動客車安全問題十分突出。工信部數(shù)據(jù)顯示，截止2015年底，事故率達(dá)到了0.17‰，高出世界平均水平一倍多。而隨著老舊車輛的增多，安全形勢將更加嚴(yán)峻。分析49例事故，充電、電池故障、碰撞、涉水等是引起安全事故的主要誘因，其中因電池故障導(dǎo)致的事故超過總量的50%。
7.回收利用存技術(shù)障礙，政策落實(shí)執(zhí)行難度大
2016年工信部發(fā)布了《電動汽車動力蓄電池回收利用技術(shù)政策》，明確了汽車廠商將成為電動汽車廢舊動力蓄電池回收利用的主體，但需要平衡整車企業(yè)、電池企業(yè)及消費(fèi)者之間的利益，回收執(zhí)行難度比較大，具體表現(xiàn)在以下兩方面。
一是電池非標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)致拆解不便和安全隱患。不同車型所用電池模組的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模組連接方式、工藝技術(shù)存在差異，在電池拆解時(shí)，需要柔性化配置，在完全實(shí)現(xiàn)自動化之前，需要人工參與，電池短路、漏液等可能導(dǎo)致起火或者爆炸，對人身和財(cái)產(chǎn)有潛在安全隱患。
二是回收體系不成熟，回收經(jīng)濟(jì)性欠佳。目前，動力電池回收產(chǎn)業(yè)還未形成規(guī)模效應(yīng)，國內(nèi)還未建立成熟的回收體系，一些企業(yè)雖然涉及了動力電池回收業(yè)務(wù)，但是由于投入超出電池價(jià)值，且回收點(diǎn)較少，缺乏一定的盈利點(diǎn)。
我們現(xiàn)在使用的鋰電池都是鋰離子電池，此外還有鋰金屬電池，以鋰金屬或鋰合金作為負(fù)極材料的一種電池，最早在1912年便由Gilbert N. Lewis提出，當(dāng)時(shí)的鋰金屬電池為一次電池（不可充電），由于相比當(dāng)時(shí)的其他電池，鋰金屬電池對加工、保存的要求高，因而沒有成為主流。
而鋰離子電池則比鋰金屬電池年輕許多，它采用鋰的金屬氧化物作為正極，于20世紀(jì)70年代誕生，但直到90年代，隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，對高功率、高能量密度電池的需求增大，鋰離子電池才開始成為主流。并且，鋰金屬電池隨著技術(shù)發(fā)展，近來有開始復(fù)興的趨勢，但還未形成潮流，本文主要討論的對象三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池均為鋰離子電池，除此之外，算上鈦酸鋰電池，這三種電池是主流的車用動力電池。
☆鋰離子電池的結(jié)構(gòu)
鋰離子電池的主要結(jié)構(gòu)包括正、負(fù)極、電解液、隔膜和其他一些附件。其中正極材料是研究的重點(diǎn)，三元鋰和磷酸鐵鋰均描述了鋰離子電池的正極材料。而當(dāng)前應(yīng)用的負(fù)極材料主要為石墨，結(jié)晶度高，導(dǎo)電性好，對鋰離子的容量大，達(dá)到了372mAh/g，大大超過了正極材料的容量，這也是為什么現(xiàn)在主要研究正極材料的原因。
鋰電池的電解液與傳統(tǒng)電池（鉛酸電池、鎳鎘電池等）不同，不采用以水為溶劑的電解液，因?yàn)樗牧死碚摲纸怆妷褐挥?.23V（想想上一期的燃料電池單電池理想電壓），因此，以水為電解液的電池電壓最高不過2V左右。而鋰電池的電壓在3-4V左右。常用的電解質(zhì)材料為無機(jī)陰離子鋰鹽，LiBF4、LiPF6、LiAsF6這三類。溶劑則有酯類、醚類和颯類。
隔膜則是起隔斷電子和透過離子作用，使電子必須從外電路遷移，而離子則可以通過電解液移動，保證外電路有電流通過，防止電池內(nèi)短路。隔膜材料有單層PE、單層PP、三層PP等。
☆鋰離子電池充放電的基本原理
先明確兩個(gè)概念，一，電池是將氧化還原反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。典型特征就是電極上反應(yīng)物得失電子，通過外電路流動，進(jìn)而便產(chǎn)生了電流。正負(fù)極之間的電荷傳遞是通過電解液中陰陽離子的運(yùn)動形成的。
二，二次電池是指可多次再充放電的電池，其內(nèi)部發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)是可逆的。電池放電，內(nèi)部的A物質(zhì)變成B物質(zhì)，化學(xué)能變成電能；而充電時(shí)，B物質(zhì)又能夠變回A物質(zhì)，電能變成化學(xué)能儲存。
充電時(shí)鋰離子從正極材料的晶格中脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到負(fù)極材料層中；放電時(shí)鋰離子從負(fù)極材料晶格中脫出，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到正極材料中。而電子則通過外電路，形成電流。
鋰電池充放電反應(yīng)過程為：
式中，Y為過度金屬，在鈷酸鋰電池（LiCoO2）中Y為鈷（Co），在錳酸鋰電池中就是錳（Mn）。對于三元鋰電池就是鎳鈷錳酸鋰[Li（NiCoMn）O2]中的NiCoMn，對于磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池，就是FePO4。
另外，正極負(fù)極指電位高低，陰極陽極則通過得失電子區(qū)分，得電子的電機(jī)發(fā)生還原反應(yīng)是陰極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)是陽極。充電和放電正負(fù)極不變，而陰陽極會反向。
對于鋰離子電池而言，正極材料的開發(fā)是其關(guān)鍵技術(shù)。理論上，根據(jù)上述反應(yīng)化學(xué)式，可以實(shí)現(xiàn)鋰離子脫嵌的物質(zhì)都可以作為正極材料，但實(shí)際上，這并非易事。出于性能考慮，它需要有良好的導(dǎo)電性、較大的放電倍率以及與電解質(zhì)良好的相容性；出于壽命考慮，它需要有高度的可逆性和較弱的極化效應(yīng)，出于安全考慮，它需要保證良好的穩(wěn)定性和溫和的電極過程動力學(xué)。
☆磷酸鐵鋰和三元鋰電池
磷酸鐵鋰電池的特點(diǎn)在于安全性高，高倍率充放電特性和較長的循環(huán)壽命。文獻(xiàn)顯示，在充電條件為1C倍率充電至3.65V，然后轉(zhuǎn)恒壓至電流下降到0.02C，之后以1C倍率放電至截止電壓2.0V，循環(huán)1600次之后電池容量仍有初始容量的80%。
PS：充放電倍率=充放電電流/額定容量；例如：額定容量為100Ah的電池用20A放電時(shí)，其放電倍率為0.2C。電池放電C率，1C,2C,0.2C是電池放電速率：表示放電快慢的一種量度。所用的容量1小時(shí)放電完畢，稱為1C放電；5小時(shí)放電完畢，則稱為1/5=0.2C放電。一般可以通過不同的放電電流來檢測電池的容量。對于24AH電池來說，2C放電電流為48A，0.5C放電電流為12A。
