国内外锂离子动力电池的关键技术及最新动态

1、国内外锂离子动力电池的关键技术及最新动态1、锂离子动力电池待解决的使用技术问题 锂离子动力电池做为一种新型的动力技术，可以使用在 任何一种驱动车辆上，如电动自行车、电动摩托车、电动小 轿车、电动中巴和大巴，以及 UPS、移动激光电源、移动照 明电源、移动通讯设备、军事领域、航空航天领域，其使用 面之广，具有不可估量的市场前景。然而，基于锂离子动力 电池的特性，即充电电压不可超过 4.2V ，放电电压不可低于 2.6V。使用锂动力电池的技术问题，已是迫在眉睫，而且是 必须尽快解决的问题。锂动力电池的产生，无疑对传统的驱动技术带来危机。而 锂动力电池的特性，又决定了必须有高超的使用技术。才能 尽快

2、进入使用市场。从目前的锂电池生产制造技术看，已经 达到了完美的程度，10Ah电池内阻达到10mQ左右，而 50Ah , 100Ah的电池内阻只有1m Q左右，这使电池专家都 感到惊讶。然而，锂动力电池的突然出现，也让使用市场感 到突然。当一个个用户对高新科技产生兴趣，并兴致勃勃地 试用时，问题出现了：锂动力电池在使用中做为动力，必须 要串联才能达到使用电压的需要，而几个几十个甚至几百个 电池的串联， 使用一段时间后， 必然会产生电压的参差不齐， 这并不是电池的生产技术问题，由于电池在生产过程中，从 涂膜开始到成为成品要经过很多道工序。即使经过严格的检 测程序，使每组电源的电压、电阻、容量一致，

3、但使用一段 时间，也会产生这样或那样的差异。如同一位母亲生的双胞 胎，刚生下时可能长得一模一样，做为母亲都很难分辨。然 而，在两个孩子不断成长时，就会产生这样或那样的差异锂 动力电池也是这样。使用一段时间产生差异后，采用整体电 压控制的方式是难以适用于锂动力电池的， 如一个 36V 的电 池堆，必须用 10 只电池串联。整体的充电控制电压是 42V ， 而放电控制电压是 26V 。用整体电压控制方式，初始使用阶 段由于电池一致性特别好，也许不会出现什么问题。在使用 一段时间以后电池内阻和电压产生波动，形成不一致的状 态，（不一致是绝对的，一致性是相对的）这种时候仍然使 用整体电压控制是不能达到

4、其目的的。例如 10 只电池放电时其中两只电池的电压在 2.8V，四只电池的电压是 3.2V，四只是3.4V，现在的整体电压是32V，我们让它继续放电一直 工作到26V。这样，那两只2.8V的电池就低于2.6V处于了 过放状态。锂电池几次过放就等于报废。反之，用整体电压 控制充电的方式进行充电，也会出现过充的状况。比如用上 述10 只电池当时的电压状态进行充电。整体电压达到42V时，那两只 2.8V 的电池处于 "饥饿 "的状态，而迅速吸收电量， 就会超过 4.2V ，而过充的超过 4.2V 的电池， 不仅由于电压过 高产生报废， 甚至还会发生危险， 这就是锂动力电池的特性

5、。 特性的物质只有掌握它的特性来使用，才能给你造福。如同 一匹野马，你只有把它戴上缰绳。才能驯服它。自从人类发 明了锂电池，其使用技术一直在不断提高，如小容量的手机 电池，使用技术已达到完美程度。然而，做为大功率大容量 的锂动力电池，其使用技术仍然处于开发研制阶段。人们对 较小容量的 10AH 电池采取了单体控压恒流充电方式，在放 电时使用整体电压控制，在电压较高时就使其保护，停止工 作。比如在整体电压 30V 时就控制其停止工作了。这样， 般在一致性比较好的电池组里，单体电池的电压也不会低于 2.6V 。而充电时由于采取单体充电，单体控制， 就能够使每只电池的工作效率达到比较理想的程度。然而

6、这 种控制仍然不会使人们满足， 并没有使电池达到 100% 的工作 量，比如广东的一家电动自行车公司，用 10AH/36V 的电池 组充一次电续驶 60k/m ，而另一家电动自行车公司使用同样 的电池组测试，可续驶 5km ，这不能不说锂动力电池的使用 技术是有高低之分的。由于锂动力电池的使用技术是每个研 发单位的机密，他们在研发过程中都投入大量的人力物力资 源，所以，使用技术的高低，不能不说这是他们开发市场争 创品牌的资本。锂动力电池理想的管理应该是均衡保护控 制。这种控制的要求是几只几十只甚至是几百只的电池组， 每只电池不仅能够管理和保护，而且在放电时还要使每只电 池的电压保持均衡一致。如

7、同几十杯水，在同一个水平线上 平衡一致地往外流。在充电时，也如几十杯同一水平线上的 水，在同一个电压线上，均衡一致地进行充电。这种要求似 乎刻苛，可锂劝力电池要想百分之百的被用户认可，只有做 到这种程度才行。因为许多用户，特别是消费者，他们不懂如何单独检测，如何各别处理单体出问题的电池，锂动力电池的管理只有达到智能化程度，才能彻底开辟出这个宏大的市场。所以说，锂动力电池市场目前亟待解决的是使用技术 问题。2、动力电池及系统的关键技术 2.1 EV 动力电池的相关 标准1）容量 （Capacity） 。电池的容量是指在一定的放电条件下可以从电池中获得的电量，有理论容量、实际容量、额定 或公称容量

8、和额定储备容量之分。用 AH（ 安时）数、 mAH（ 毫 安时 ）表示。理论容量：理论容量是假设电池内产生电量的化学反应 式左边的物质全部参加映生成的电量。它是根据活性物质的 质量按照法拉第定律计算得到的。实际容量：实际容量是指电池在一定的放电条件下电池 实际所能输出的电量，等于放电电流对放电时间的积分。额定容量：额定容量也叫公称容量，是指设计和制造电 池时，按国家或有关部门颁布标准规定或保证电池在一定放 电条件下应该放出的最低限度的容量。2）放电速率，简称放电率，常用时率表示。时率是以 放电时间表示的放电率，即以某电流放电放完额定容量所经 历的时间。例如电池三小时额定容量为120Ah（用C/

9、3=120Ah表示）,则电池在充满电后，以120/3=40A的恒流放电，在其电压不低于某一规定值以前，能连续放电达到三小时者为合 格。3）能量 （Energy） 。电池容量是按一定标准规定的放电条件下，电池所能输出的电能，单位为Wh（瓦时咸kWh（千瓦时）。电池有实际能量和标称能量之分。实际能量为电池处于 一定的放电条件下的实际容量与平均工作电压的乘积。4）比能量 （Specific Energy） 。比能量作为衡量各种电池 性能的一项重要指标。比能量也称为能量密度。比能量有重量比能量和体积比能量之分。重量比能量指电池单位质量所输出的电能，单位为Wh/kg（瓦时/千克）5）功率 （Power）

10、 。电池的功率是指在一定放电制度下，单位时间内电池输出的能量大小，单位为W（瓦）或kW（千瓦）6）比功率 （Specific Power） 。单位质量或单位体积的电池所输出的功率称为比功率，单位为W/kg或W。7）循环使用寿命 （Cycle Life） 。电池充电和放电一次称为 一个循环，按一定的测试标准，当电池容量下降到某一规定 值以前，电池能承受的充、放电循环次数，称为电池的循环 使用寿命，循环使用寿命是衡量电池寿命性能的一项重要的 指标。8）自放电率（Setf-Discharge）。自放电率是指电池在存放期间容量的下降率，即电池无负荷时自身放电使容量损失的 速度，自放电率用单位时间内容量

11、下降的百分数表示。9）输出效率 （output effective） 。电池实际上是一个能量 存储器。充电时将能量转变为化学能存储器来，放电是把化 学能转变为电能释放出来。但电池并不能作为理想的储能 器，它在工作过程中有一定的能量消耗。10) 充电率 (Charge-Rate，C-rate) 。它表示电池充放电时电流的大小。例如：充电电池的额定容量为 1100mAh 时， 即表示以 100mAh(1C) 放电时间可持续 1 小时、如以 200mA(0.2C) 放电时间可持续 5 小时，充电亦如此计算。11) 终止电压 (Off-Cut-Voltage) 。指电池放电时， 其电压 下降到电池不允许再继续放电的最低工作电压值。12) 开路电压 (Open-Voltage) 。电池不放电时， 电池两极 之间的电位差被称为开路电压。电池的开路电压，会依电池 正、负极与电解液的材料而异，往往会形成起开路电压不一 样的情况出现。13) 放电深度 (Depth of Discharge) 。在电池使用