《電子技術應用》
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车载电池的命运掌握在电动汽车手中(下)
摘要: 大型汽车厂商虽持怀疑态度,但采用与便携设备市场相同的18650单元可降低成本,因此推举圆筒型单元的企业也很多。另外,比克电池表示,配备的形状可按照汽车厂商的要求自由改变的“圆筒型是最理想的”(该公
Abstract:
Key words :

大型汽車廠商雖持懷疑態度,但采用與便攜設備市場相同的18650單元可降低成本,因此推舉圓筒型單元的企業也很多。另外,比克電池表示,配備的形狀可按照汽車廠商的要求自由改變的“圓筒型是最理想的”(該公司CTO毛煥宇)。中國市場上電動摩托車配備鋰離子充電電池的趨勢在擴大,因此對今后價格還可降低的圓筒型單元的需求較高,銷量增加的可能性較大注5)

  注5)比克電池表示,中國擁有約8000萬輛電動摩托車,年需求為2000萬輛。鋰離子充電電池在年銷量中所占的比例,2008年為1%,但2011年將達到3%。

正負極材料也呈多樣化

  不只是單元形狀,正極材料和負極材料等材料種類也未選定,似在日益多樣化。目前,正極材料采用錳酸鋰(LiMn2O4)、3元類(Li(Ni- Mn- Co)O2)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)以及NCA(Li(Ni-Co-Al)O2)類。負極材料除了碳材料外,利用鈦酸鋰(Li4Ti5O12,LTO)的可能性也在提高。

  德國寶馬(BMW AG)在此次的AABC上,以“Development of Hybrid Vehicles at BMW and their Energy-Storage Solutions”為題,公開了HEV用鋰離子充電電池的正極材料和負極材料組合的對比研究結果(表2)。雖未言明BMW自己會采用哪種材料,但認為其對采用LTO作負極材料非常感興趣。

  諸如,采用LTO盡管能量密度較低,但充放電循環壽命長,因此在產品的壽命周期內可利用的電力量比采用碳材料要大。并且,關于安全性,得出了采用碳材料時需要注意正極材料的選擇,而采用LTO時安全性較為優異的結論。但采用LTO比采用碳材料的材料成本要高。

豐田采用NCA類


  BMW從安全性出發認為NCA系正極材料很難用于車載用途。而豐田將其用在了PHEV上。該公司以“Development of Plug-in Hybrid Vehicle”為題,介紹了普銳斯插電式混合動力車配備的鋰離子充電電池的詳情。

  配備的單元是Primearth EV Energy(原松下電動汽車能源公司)生產的5Ah方型單元,電壓為3.6V。能量密度方面,單位重量為73Wh/kg,單位體積為103Wh/L。電池單元的外形尺寸為110mm×14mm×112mm,重245g。估計該單元是面向HEV開發的,豐田很有可能會采用于今后將上市的新款HEV。

  據稱,這種電池系在電池單元正極的集電體鋁箔上設置了涂層,在其上涂布了NCA類電極材料(圖4)。負極材料采用碳材料,但沒有公開是石墨還是非晶質類。隔膜由聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)構成。

  為了消除NCA系材料的安全性隱患,在負極上形成了耐熱性較高的陶瓷層“HRL(heat resistance layer)”。該技術已在松下圓筒型單元上應用。豐田通過優化電極材料的涂布方法等,實現了行駛20萬英里(約32萬km)后,電池單元的內部電阻幾乎不升高,對充放電循環壽命也表現出了強烈的自信。

試制250Wh/kg的單元

  AABC 2010雖然以已經實用化的材料種類為主要議題,但美國Envia systems還是在并設會議LLIBTA上,就采用作為新一代正極材料而備受關注的固溶體類正極材料的鋰離子充電電池作了演講注6)。固溶體類正極材料Li2MnO3-LiMO2(M:Ni、Mn和Co等金屬)的特點是,具有超過280mAh/g的高容量,是原正極材料約2倍(圖5)。

  注6)Envia是2007年7月成立的公司,目前正采用Argonne National Laboratory的固溶體類正極材料技術開發鋰離子充電電池。 

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圖4:豐田采用了NCA類正極材料
豐田在2009年底限量上市的“普銳斯插電式混合動力車”上采用了方型鋰離子充電電池(a)。以正極材料采用了NCA系(b)為特征。

 

 

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圖5:固溶體類正極材料可達到超過280mAh/g的容量
Envia采用280mAh/g以上高容量的固溶體類正極材料開發出了鋰離子充電電池(a)。并試制了電流容量為20Ah的單元,可在3C等高放電率下輸出(b)。

  因以Mn為基礎,其材料的成本可降低。在日本,日產汽車等正也在進行開發。但該材料的電勢比鋰高,達4.6V,因此Envia除了開發在高電壓下也不會分解的電解液外,還采取了對正極材料進行表面修飾等措施。

  該公司已經面向EV試制出了20Ah的層壓型單元,實現了250Wh/kg的能量密度。該單元的外形尺寸為175mm×95mm×8mm。充電電壓為4.5V,平均電壓為3.5V,終止電壓為2.0V。即使進行3C(20分)放電,容量也不會降低。

  目前,Envia正申請15項以上的專利,并計劃利用這些專利開展業務。
 

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