20120422电池与电动汽车.

1、庆祝浙江大学校友会化学系分会成立电池与电动汽车杨裕生2012 年4 月 22内容一、发展电动汽车十分重要动力电池的现状要充分发挥铅酸电池的作用五、电动汽车的发展路线和规划发展电动汽车的必要性减轻城市空气污染大城市空气污染的50%来自汽车石油与“国家能源安全杓 原油对外依存度大于50%减少二氧化碳排放,缓解温室效应1亿吨油产生CO?约3亿吨汽车增多互油更紧，发展电动至刻不容缓 以''谷电"代油，发展电动车，已有广泛共识“电动技术产业”正在兴起以动多18製耘濤蠶隸业群电动技术产业电动车电动机电控系统 动力电池电源管理能量回收 正极材料负极材料，电解液膜 电池回收电池复用资

2、源再生 供电体系充电设施充电服务年产500万辆电动车，年产值万亿元！维持几千万辆电动车运行，年产值千亿元!1、燃料电池电动车（FCEV）电动汽车按动力划分为两大类以电动机驱动（纯电驱动）的车辆即习惯所称的“纯电动汽车”使用燃料电池发电（FCEV）、太阳能电池发电由蓄电池、超级电容器及其并联（不应称电电混合"）的各种电源提供电能.EV内燃机发电与电池并联提供电能源的增程式电动车，EREV,又称“双充式"电动车以内燃机与电动机两个动力驱动的车辆即习惯所称的“混合动力汽车"微混、轻混、中混等等不同混合程度的油-电混合动力车，HEV其他混合模式（如插电式混合动力车，PHE

3、V,又称电-油混合动力车）等。K价格贵国家负担3.维护难系统复杂2、氫难储运4、寿命不够长5、钳的资源不够用一辆客车用钳约200克5千辆车要用钳一吨我国年产钳4吨远不够化工用即使全造车只2万辆车必需研究无钳催化剂一大难題FCEV远水不解近渇1只有电动机 种动力 故属纯电驱动J1与纯电动车的 区别在能源电池组Uli客器）“终极”?2、纯电动车(EV)以电代油1理 箱1电1只有电动力电池組(电养務)最节油一用“谷电"风电” 简单无油路/气路/水路 车身便宜一般性加工 有资源优势和技术基础发展的方向未来的主力在当前电池比能量不高的条件下常规纯电动公交车、轿车的行程、车速均有限微型车可以用铅

4、酸电池，性价比高，也可以用锂离子电池、氢棟电池，贵些3、油-电混合动力车(HEV)11电池失效如换不起 就按常规费油车驶“留有后路”电池要求高比功率 车价贵呻混车省油15-20%全混车的内燃机系统和电机驱动系统各有一变速机构通过行星轮式齿轮机构结合调节两者的转速关系两动力组合-复杂；加工要求高，我国无优势日本继续改进，节油30-40%；又加插电功能2010年美国国会听证会:节能、减排PHEV优于HEV5、增程式纯电驱动车（EREV）20电戒纽（电存卷）50公里内不用油优于HEV 50公里外全用内燃机 还是大马拉小车所以，不是电动公交车的理想模式的纯电动车 只有电动机一种动力 故属纯电驱动 行驶

5、前电池组先充电 而''串混”式不充电OKI机1行程平均| km节油率10050%25020%|50010% |行驶间小功率发电机在最佳工况下发电节能 发电机与电池并联驱动电动机 也给电池充电 车上充电，延长里程-电动汽车的性能要求真能节油、减排纯电动车最好 节油率越高越好；零排放最好买得起一一有不同的消费层次应首先考虑最广大群众的消费水平不能将目光只盯在高消费者用得一才有生命力 安全.充电方便.耐用.省钱如何选择发展路线，大有文章，争论不休动力电池是电动汽车的心脏电动汽车的发展决定于电池内容一、发展电动汽车十分重要二、动力电池的现状要充分发挥铅酸电池的作用.锂离子电池技术发展迅

6、速五、电动汽车的发展路线和规划1?二、动力电池的现状电池分类物理电源太阳电池温差电池械性燃料电池化厶竊太阳电池硅太阳能电池确酸燃料电池熔融碳酸盐燃料电池 固体氧化物燃料电池二、动力电池的现状电池种类化学电源质子交换膜燃料电池储备电池各种液流电池 钠硫电池 锂离子电池一 银氢电池一 银镉电池 钢酸电池 锂二席硫电池M锂铐电池盂锌银电池电池锂囂祥空气电池可能用作动力源的二次电池400100三300AZ200 至501001502002M)Lneiuydetibily Nl li kg I)超级电容器 镉镇电池 氢仗电池 铅酸善电池 锂离子电池煥料电池发电机 0二、动力电池的现状正极、 负极 电解液

7、，电化学体系电池的构成三者改一个 就是改了 电化学体系 正、负极活性 物质的比容量 (Ah/g) 决定电池 的比能量二、动力电池的现状电池技术水平的评价内容1、安全性不燃.不炸2、成本与寿命降价、节能3、比能量Wh/kg4、比功率/kg5、能量转换效率与自放电6、可维护性7、生产.处理中的环境友好同一个体系的电池，既可做成能量型也可改变设计而做成功率型大倍率充放、电池的安全性试验电池的安全性：燃烧、爆炸；漏液一腐蚀性二、动力电池的现状2、电池的循环寿命称一个周期二次电池每经历一次充放电，在一定的放电制度下，电池容量降至规定值 之前，电池所经受的循环次数，称循环使用寿 命，或周期个数。影响蓄电池

8、循环使用寿命的主要因素有；在充放电过程中，电极活性表面积减小，使 工件电流密度上升，极化增大；电极上活性物质脱落或转移；电极材料发生腐蚀；电池内部短路：隔膜损坏；活性物质晶型改变，活性降低。二、动力电池的现状3s电池的电压得电子氧化态 还原态电极的活性物质必须具有氧化/还原能力容易失去电子的物质 用作负极的活性材料 其电极电位低正极：高电极电位 负极低电极电位 ）电池电动势正、负极电位相差越大，则电池的工作电压也越高二、动力电池的现状电池的工作电压电池工作时产生极化过电位V.和V+ ,并产生欧姆电压降IRq工作电压=电动势一 V-V+-IRO=（正极电位一负极电位-V-V+-IRO 式中I工作

9、电流；Rq-电池内阻电池放电后工作电压降低不要放完电再充电！放电电流越大，工作电压越降低，同时， 电池内部产生的热量越大，电池温度上升越高 危险！二、动力电池的现状4、比容量(1)活性物质的理论比容量单位质量产生的电量，安时/克，Ah/g活性物质摩尔量越小，理论比容量越大二、动力电池的现状氢 2& 6 Ah/g 铝 2. 99 Ah/g锂3. 86 Ah/g 铅0. 259 Ah/g二、动力电池的现状二、动力电池的现状电极的比容量受导电剂、粘合剂、活性物质的利用率等影响二、动力电池的现状5、电池的比能量Wh/kg ,理论电池体系电池反应电动势y理论比能Wh.kfi-1H24-1/2O2

10、 -H201.22932700gH2+1/2O2 f H2O1.2293660Li/空气2Li+1/2O2 4-H2O-2LiOH3.4305770Nm/空气2Na+1/2O2+H2O- 2NaOH3.1152610Zn/空气Zn+ 1/2O2 f ZnO1.6461350H母H汁2HF2.8663840Li -F22LiF2 2LiF5.8966090Li-CI22Li+CI2 f 2LiCI4.1892650Li-Br22Li+B2 一 2LiBr4.0961260电池的实际比能量，Wh/kg电解液.物质的质量，使比能量严重下降铅酸电池PbO2+Pb+H2SO4 2PbSO4+2H2O 电

11、动势2044伏：理论比能量170.5瓦时/公斤 实达比能量35瓦时/公斤手机用电池LiCo02+LiC6 LiCoO2+6C电压3.6伏：理论比能量568瓦时/公斤 实达比能量140瓦时/公斤二、动力电池的现状6、电池的功率和比功率电池功率在一定放电制度下，单位时间内电池出的能量（W或kW）比功率单位质量或单位体积电池输出的功 率傅/kg或W/L） o比功率的大小，表示电池承受工作电流的大小放电倍率，C1C1小时放完电；60C1分钟放完电7、电池的贮存性能一自放电电池在开路时，在一定条件下(温度、湿度等)贮存时容量下降原因主要是电解液中杂质和微短路引起 降低电池自放电的主要措施：采用纯度高的原

12、材料二、动力电池的现状在用动力电池的比较技术参数铅酸电池银氢电池锂离子电池工作电压(V)42.01.23.237质量比能量 (wli/kg)_ 30-35_507090-120体积比能量 (wh/IJ70200270-600寿命(次500-800500-2000自放电率 (诵)10-15206-8充放电速率0.2-111-20(C)二、动力电池的现状超级电容器双电层储能电能一静电能一电能 优点：循环寿命若干万次 比功率高缺点：比能量小（几Wh/kg） 单位能量投资高 应用：单独应用（上海等） 与电池并联二、动力电池的现状金属氢化物-鎳电池（鎳氢电池） 优点：/比功率较高/能量转换效率较高J循环

13、寿命较长 不足：X比能量和循环寿命不如锂离子电池*价格不太低用于混合电动车的辅助电源和电动自行车“謀炭超级电容器”不是"动力电池新突破点”内容一、发展电动汽车十分重要动力电池的现状要充分发挥铅酸电池的作用.锂离子电池技术发展迅速五、电动汽车的发展路线和规划三、要充分发挥铅酸电池的作用1、如实地认识铅酸电池铅酸电池是化学电池中市场份额最大、 使用范围最广的电池。优点突出：安全性高；廉价功率特性、高低温性能优越；回收技术较成熟；等弱点正在克服：比能量较低；循环寿命偏短； 铅酸电池本身不污染环境。生产和再生铅加工过程如管理不善，可能 会对环境造成危害。三、要充分发挥铅酸电池的作用法规不健全

14、、监管不力，造成铅中毒的事件频 发，算在铅酸电池的账上是不公平的。我国铅酸电池因“古老落后"、"污染"等 不实之词，新技术的研究已多年得不到国家支 持，甚至受到排斥。发达国家一直没有中断铅酸电池新技术的研 究；各种先进铅酸电池已在各类电动汽车中进行 批量路试，部分新型电池已进入产业化。我国铅酸电池技术与发达国家差距拉大了!三、要充分发挥铅酸电池的作用2、铅酸电池正进入发展新阶段-大有利因素今年政府部门抓紧铅污染的治理，为行 业的健康发展开辟大道。落后产能将淘汰，消除残次产品对市场 的干扰。电动车的兴起，将推动铅酸电池的生产 扩展和水平提高.铅酸电池生产新技术将在我

15、国快速推行 超级电池铅碳电池卷绕式阀控铅酸电池 双极性铅酸电池 长循环寿命阀控式铅酸电池奥巴马新一代电池及材料15亿，约合¥100亿其中的铅酸电池及材料3项ApplicantDOEAward(SmiL)TechnologyExideTechnologies withAxion PowerInternationalEast PennManufacturing 32.5 Co.34.3Production of advanced lead-acid batteries, using lead-carbon约合人民币47亿元orEnerG2, Inc.rnicro ana niiia ny

16、ona applications.约合人民币15亿元葩铅酸电池三.要充分发挥铅酸电池的作用Pb7铅炭电池 advaneed lead- acid batteries超级电池Ultra Batteryfor micro and mild hybrid applications优点： 充放电倍率高 循环寿命延长优点：比超级电池工艺简单三、要充分发挥铅酸电池的作用长循环寿命阀控式铅酸电池充电站等要求长循环寿命、高转换效率正极板：抑制格栅的腐蚀和伴随腐蚀的变形缩小，以提高正极格栅的耐久性。负极板：使用添加剂碳、木质素，防止硫酸盐 化和粒子粗大化，造成容量的降低。电池结构：横置设计.适合于横置的隔膜 使

17、用条件；控制充放容量，70%放电后充电循环寿命2005年达4500次（原技术为3000次）2009年达6000次 充放电效率高达87%。(日)Shin-Kobe TechnicalReport No.15 (2005-3)三. 要充分发挥铅酸电池的作用我国应研制有自主知识产权的离比能、髙比功率、长寿命铅酸电池增强行业的生命力和竞争力不必都去买国外设备、做卷绕式曰杆 比能量60Wh/kgE小寿命1000次以上三. 要充分发挥铅酸电池的作用3、放手发展铅酸电池微小型电动汽车场馆车、髙尔夫车、游览车、警务车等2009年我 国总产量已达5万多辆，其中出口约2万辆。低速纯电动轿车2009年总产量已超过1

18、5000辆，其 中出口欧洲等国家约3000多辆；2011年总产量已 超过65000辆。 3-4座的车3万元左右，其中电池价约5000元。百公里使用成本V20元（含电池折旧、充电）。性 价比有优势。但是，大厂不愿干，小厂不让做 不给上牌照，白浪费时机三、要充分发挥铅酸电池的作用铅酸电池微.小型轿车是我国电动汽车发展的突破口是电动自行车、摩托车的升级换代产品遮风挡雨的代步工具满足广大城镇用户需求，应大力发展理由一车轻、小，耗电少，充电易解决行百公里微型车耗电5-6度电，小型车8T0度 理由二结构简单：使用、维修方便、节材节能 理由三电池少，价格低廉，容易推销 理由四充电容易220V, 5A电动车做

19、小，所有矛盾都易解决内容一、发展电动汽车十分重要动力电池的现状 要充分发挥铅酸电池的作用.锂离子电池技术发展迅速五、电动汽车的发展路线和规划锂离子电池一蓬勃发展优点：/高比能量/高比功率/高能量转换效率/长循环寿命锂离子动力电池一 “电动技术产业" 兴起的关键不足艾有的体系安全性较差 氏价格还不够低四、锂离子电池技术发展迅速当前我国的动力型锂离壬电池1.生产水平参差不齐，与外差距拉大2、科技成果没有普遍用于电池产业 3、安全性有待提高 4、比能量不能支持远距藹行驶一致性不够好，成组技术尚在成熟中6、寿命不够长，汽车运行成本高动力型锂离子电池性能提高是一个长过程而且栗豔饕戢豔肄限度41

20、四. 锂离子电池技术发展迅速安全第一近年来中.美锂离子电池组发生的着火事件不少大部分电池正极用的是确酸铁锂，“捂着的不少4月11H.替代能源技术中心锂离子电池在測试中爆炸既不必惊慌，又要重视大容量、高电压锂离子电池的安全是个新问题影响因素多，环节复杂，圆满解决有要个过程树立观念；含能部件，又含有机溶剂，是易燃物今后比能量提高，危险性更大电池防火功能设计电池组防火功能设计锂离子电池微型轿车有发展空间适应大城市用户、中产阶层需求不同汽车纯电幼堆油乍150km80km功率需求车1T45°堆高车速150kh)/h 1D0km/h四、锂离子电池技术发展迅速合理指标 100km/h 150km里

21、程如要300km 电池要多用 车重就增加 车重了 又要加电池量 恶性循环的根子 不合理的 续驶里程50km/h目标车更引自郭孔辉院士比能量（近100Wh/kg）是铅酸电池的3倍车小、轻（含电池V800kg）耗电少一5-6度电/百公里 电池少，价低（V8万）*亠巾容易推销.向无补贴过渡相二车载电池用量取决于续驶里程和最高车速 车重、车速.里程、亀池优化设计续驶里程、车速.30阿唤求东风两座电动小轿车，年内上市 / 售价4万元,14kWh-16kWh/百公里i|B四、锂离子电池技术发展迅速锂离子电池的新进展提高比能量最重要，首要是提高电极材料比容量 1s正极材料猛镇钻二兀提咼容量钦基提高容量富锂猛

22、基提高容量.电压 硫特高容量，但电压低 磷酸铁锂中加活性炭2、负极材料（石墨等）锡及锡基合金纳米硅超高容量，理论4200mAh/g 钛酸锂超长寿命四、锂离子电池技术发展迅速锂离子电池的新进展日本松下186502. 9Ah3.1AH3. 4Ah4. OAh4. 2V充电己善产品新研产品新研产品新研产品正极線类镶类高密银类高密銀类负极炭炭炭硅平均放电电压3.83.63.63.4能 ft/Wh10.411.212.213.6质量/g约44约 44. 5约46约54比能量/Uh. kg"1236252265252能量密度/620675730800产时间早先20092012.320134.0Ah新品充放500次，保持率80%以上，可用于电动汽车 美国称，研制出400Wh/kg新品：规模生产要