电动汽车动力电池技术知识培训

电动汽车用动力电池技术

宣贯培训0目录一、电池基础知识介绍二、动力电池发展现状和产业化情况三、动力电池评价体系1一、电池基础知识介绍

电池概述

电池又称为化学电源，是将氧化还原反应的化学能转化成电能的装置。从化学的观点看，电池产生电流的过程包括独立存在的氧化和还原过程。2Daniell

电池

氧化还原反应的一个典型特征是至少有两个反应物间发生电子交换，并且氧化反应和还原反应是同时发生的。在电池放电过程中，负极物质被氧化，并释放出电子，同时正极物质得到电子被还原，电子的传递通过外部的用电器发生。3•BC100～AC100BaghdadBattery•1789Galvaniccurrent•1800Voltaicpile•1833Faraday’slaw•1836Daniellcell•1859Leadacidbattery(Plantè)•1868Leclanchécell•1883Silveroxidecell•1887Drycell(SakizoYai)•1888Drycell(CarlGassner)•1899Ni-Cd•1901Ni-Fe•1942Mercurycell•1951SealedNi-Cd1960Fuelcell•1973Lithium(metal)cell•1990Ni-MH•1991LIB•1995LIPB电池的发展史•公元前100--100巴格达（原型）电池•1789原电池•1800伏打电堆•1833法拉第定律•1836丹尼尔电池•1859铅酸电池(普兰特)•1868勒克朗谢电池（Zn-C）•1883氧化银电池•1887干电池(SakizoYai)•1888干电池(CarlGassner)•1899镍镉电池•1901镍铁电池•1942Mercurycell•1951密封镍镉电池

•1960燃料电池•1973锂(金属)电池•1990镍-金属氢化物电池（1975）•1991锂离子电池•1995锂离子聚合物电池电池的结构两种不同电极材料（电极电位不同）

电解液隔膜外壳电池的结构5

电极是与电解质接触的电子导体或半导体，是由相应的活性物质和一些添加剂组成的。对于活性物质，负极电极电位越低，正极电极电位越高，那么电池的电动势就越大。6

电解质保证两极之间的离子导电，是电极间电子传递的媒介。电解液由溶剂和高浓度的电解质盐（支持电解质）以及电活性物种等组成，也可能含有其他物质（如络合剂、缓冲剂）。7

隔膜将电池分为负极区和正极区，以保证正极和负极上发生的氧化还原反应的反应物和产物不互相接触和干扰，但同时还要保证起传递电流作用的离子的通过。8对电池的要求•Highenergydensity(bothgravimetricandvolumetric)•Highpowerdensity(ditto)•Highsafetycharacteristics•Goodcycleperformance•Lowself-dischargerate•Longshelflife•Quickchargeacceptance•Goodperformanceinthewiderangeoftemperature•Environment-friendly9•高能量密度(重量和体积)•高功率密度•高安全特性•循环寿命长•自放电率低•搁置寿命长•可快速充电•在宽的温度范围内性能好•环境友好电池的分类10电池一次电池（原电池）二次电池（蓄电池）燃料电池

电池的分类---一次电池一次电池又称原电池，俗称为干电池。由于电池反应本身不可逆或可逆反应很难进行，电池放电后不能充电重复使用。如锌-锰干电池：（－）Zn|NH4Cl+ZnCl2|MnO2(c)（+）碱性锌-锰电池：（－）Zn|KOH|MnO2(c)（+）锌-汞电池：（－）Zn|KOH|HgO

（+）镉-汞电池：（－）Cd|KOH|HgO

（+）锌-银电池：（－）Zn|KOH|Ag2O（+）碱性锌-空气电池：（－）Zn|KOH|O2(c)（+）锂电池：（－）Li|LiClO4|SO2（+）（－）Li|LiAlCl4|SOCl2（+）固体电解质电池（银-碘电池）11电池的分类---二次电池（蓄电池）二次电池：习惯上又称蓄电池，即充放电能反复多次循环使用的一类电池。如铅酸电池：（－）Pb|H2SO4|PbO2（+）镉镍电池：（－）Cd|KOH|NiOOH

（+）氢镍电池：（－）H2|KOH|NiOOH

（+）锌银电池：（－）Zn|KOH|Ag2O（+）金属氢化物镍电池：（－）MH|KOH|NiOOH

（+）锂离子电池液流电池（钒电池）钠硫电池等。12铅酸蓄电池以二氧化铅为活性材料组成的正极与以海绵铅为活性材料组成的负极插入稀硫酸电解液中，可产生2V的电压。

负极板电解液正极板隔板13铅酸蓄电池结构14(+)极板(-)极板隔板电池盖极柱端子泄气阀壳体Ni/Cd电池的主要缺点是材料中的Cd有毒，对环境造成污染。15

继铅酸电池之后，Ni/Cd电池是应用最广的二次电池。Ni/Cd电池最明显的特征是放电平稳、循环寿命长、可连续抗过充放电、低维护、性能可靠等。Ni/Cd电池镍氢电池16

镍氢电池以储氢合金为负极材料，氢氧化镍为正极材料，电解液是含氢氧化锂（LiOH）的氢氧化钾（KOH）水溶液。电池放电时，负极的金属氢化物被氧化生成金属合金，正极的羟基氧化镍（NiOOH）被还原成氢氧化镍，充电过程相反。镍氢电池的结构

17正极反应负极反应总反应

锂离子电池的电化反应方程式锂离子电池18锂离子电池在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，产生了电流，该反应具有高度的可逆性，被形象地称为“摇椅电池”（RockingChairBatteries）。锂离子电池的发展史1980年法国科学家M·Armand提出锂的石墨嵌入化合物可以作为锂二次电池的负极。美国学者Goodenough合成出嵌入化合物LiMO2(M=Co,Ni,Mn),并且发现其中的锂离子可以可逆的脱嵌和嵌入。1981年发表了第一个锂离子电池方面的专利。八十年代末，SONY公司利用此发现制成了锂离子电池。1991年SONY公司正式投产锂离子电池，实现商品化。1995年发明了聚合物锂离子电池LiMPO4

（橄榄石结构）(M=Fe,Mn,Ni,Co)LiFe+2PO4↔Fe+3PO4LiM2O4

（尖晶石结构）(M=Mn,Ni,Co)LiMn+3/+4O2↔LixMn4+O2LiMO2

（层状结构）(M=Mn,Ni,Co)LiM+2/+3O2↔LixM+3/+4O2锂离子电池正极材料20锂离子电池负极材料Li4Ti5O12硬碳石墨MCMB碳类氧化物类（LTO）合金类硅基及锡基等21

锂离子电池结构22电解质膜

电催化剂双极板等PEMFC单电池结构关键材料MEA组成燃料电池23燃料电池堆（模块）燃料供应系统氧化剂供应系统水热管理系统电控系统主要子系统燃料电池发电系统电堆结构燃料电池24电池专业术语（1—正、负极）25★正极（positiveelectrode），负极（negativeelectrode）

电位较高的电极为正极，电位较低的电极为负极；放电时，外电路电流从正极流经负载流入负极，在电池内部电流从负极流入正极。实际上只有带负电荷的电子才能流动,放电时电子从电位较低的电极(负极)流出经外部电路即负载流入电位较高的电极（即正极）。放电时除称之为正极，由于发生还原反应，也可称之为阴极（cathode）；而在充电时,则不能称之为阴极，因为此时发生的是氧化反应，而应称之为阳极。对一次电池而言，不存在充电问题，故正极即为阴极，负极即为阳极。

阳极（anode）发生氧化反应，即失掉电子的反应。

阴极（cathode）发生还原反应，即获得电子的反应。★活性物质（activematerial）：是指正负极中参加成流反应的物质，能通过化学反应产生电能的材料。★开路电压（OpenCircuitVoltage）：电池没有负电荷时，即未充放电时正负极两端的端电压，单位为V。开路电压值与电池体系及荷电状态有关，如：锂离子电池充满电后的开路电压一般为4.1V-4.2V；充半电后的开路电压一般为3.7V-3.8V。★标称电压（nominalvoltage）：电池0.2C放电时全过程的平均电压。★工作电压（WorkingVoltage）：电池在工作时（有负荷时）正负极两端的端电压，也叫做闭路电压（closedcircuitvoltage）：工作电压的具体值与电池体系、工作电流（即倍率）、工作温度、充电条件相关。★

终止电压（endvoltage）：电池放电或充电时，所规定的最低放电时间或最高的充电电压。★工作电压范围

：客户需求和电池能力相结合而确定。电池专业术语（2—电压）★额定容量（nominalcapacity）：电池一定倍率放电时的放电容量，容量单位为mAh或Ah（1Ah＝1000mAh）。电池组的额定容量值由厂家根据实际情况确定，一般都低于电芯的额定容量值（不同于手机电池），都留有较大的保险系数（保护板及电芯的一致性，木桶效应）。★实际容量（praticalcapacity）：电池在一定条件下放出的实际电量。★剩余容量（residualcapacity）:电池剩余的可再继续释放出来的容量。★荷电保持能力：电池充满电保存一段时间后，以一定倍率放电，放电容量与实际容量比值。电池专业术语（3—容量）★充电（charge）:利用外部电源使电池的电压和容量上升的过程，此时电能转化为化学能。★充电特性（chargecharacteristic）：电池充电时所表现出来的特性，例如充电曲线、充电容量、充电率、充电深度、充电时间等。★充电曲线（chargecurve）：电池充电时其电压随时间的变化曲线。★过充电（overcharge）：超过规定的充电终止电压而继续充电的过程；此时电池的使用寿命及安全性等受到影响。★恒流充电（constantcurrentcharge）：在恒定的电流下，将充电电池进行充电的过程。一般设置终止电压，当电压到达该值时，充电过程结束。★恒压充电（constantvoltagecharge）：在恒定的电压下，将充电电池进行充电的过程。一般而言，该恒定的电压为充电终止电压。一般设置终止电流，当电流小于该值时，充电过程结束。电池专业术语（4—充电）★放电（discharge）：电流从电池流经外部电路的过程，此时化学能转换为电能。★放电特性（dischargevoltage）：电池放电时所表现出来的特性，例如放电曲线、放电容量、放电率、放电深度、放电时间等。★放电曲线（dischargecurve）：电池放电时其电压随时间的变化曲线。★放电容量（dischargecapacity）：电池放电时释放出来的电荷量，一般用时间与电流的乘积表示，例如A·h，mA·h（1A·h=3600库伦）。★放电速率（dischargerate）：表示放电快慢的一种量度。所用的容量1h放电完毕，称之为1C放电；5h放电完毕，则成为C/5放电。★放电深度（depthofdischarge）：表示电池放电程度的一种量度，为放电容量与额定容量的比值，单位为％，例如，80％DOD，是指放电时放出额定容量的80％停止。★持续放电时间（durationtime）：电池在一定的外部负荷下在规定的终止电压前所放电时间之和。电池专业术语（5—放电）★容量密度（capacitydensity）：单位质量或体积所能释放的电量，一般用mAh/g或Ah/kg表示(通常用于表示电极材料的容量)。★能量密度（energydesity）：又称为比能量，单位质量或体积所能释放的能量，称为重量比能量或体积比能量。一般用Wh/L或Wh/kg表示。能量Wh=W×h或Ah×V★功率密度（powerdensity）：单位质量或体积所能释放的功率，一般用W/L或W/kg表示。★库仑效率（coulombicefficiency）：在一定的充放电条件下，放电时释放出来的电荷与充电时充入的电荷的百分比，也称为放电效率。电池分类：能量型、功率型

和能量功率兼顾型。电池专业术语（6—特征参数）★利用率（utilization）：实际放电容量与理论容量的百分比。★内阻（internalresistance）：电池正负极两端之间的电阻，电池内阻包括欧姆电阻和电化学电阻，欧姆电阻和极化电阻之和为电池的内阻。欧姆电阻由集流体、电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化电阻是指电化学反应时由极化引起的电阻，包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。其值越小性能越佳。大电流放电和低温放电时，内阻对放电特性的影响尤为明显。★漏液（liquidleakage）：电解液从电池流出的现象。★内部短路（internalshortage）：电池内部正极和负极形成电通路时的状态；主要是由于隔膜的破坏、混入导电性杂质、形成枝晶等造成。电池专业术语（7—其他）★过放电（overdischarge）：超过规定的终止电压在低于终止电压时继续放电。此时容易发生漏液或电池的使用寿命受到影响。★自放电（selfdischarge）：电池在搁置过程中，没有与外部负荷相连接而产生容量损失的过程。★存储寿命（shelf/storagelife）：电池在没有负荷的一定条件下进行放置以达到性能劣化到规定的程度时所能放置的时间。★循环寿命（cyclelife）：在一定条件下，将充电电池进行反复充放电，当容量等电池性能达到规定的要求以下时所能发生的充放电次数。★日历寿命（calendarlife）：电池在使用及搁置条件下以达到性能劣化到规定的程度时所能需要的时间。电池专业术语（7—其他）★过充（overcharge）：蓄电池充电后，在20℃±5℃条件下搁置1h。然后在同一温度条件下，以1I1(A)电流充电，直至电池电压达到5.0V或以1I1（A）的电流充电90min（其中一个条件优先达到即停止试验）。★短路（circuitshort）：蓄电池充电后，在20℃±5℃条件下搁置1h。将蓄电池经外部短路10min，外部线路电阻应小于10mΩ。★热箱（hotoventest）：蓄电池充电后，在20℃±5℃条件下搁置1h后，在85℃±2℃条件下，搁置2h。★针刺（nailpenetration）：在20℃±5℃条件下搁置1h。用φ3mm～φ8mm的钢钉从垂直于蓄电池极板的方向迅速贯穿（钢针停留在蓄电池中）。电池专业术语（8—安全）★挤压（crush）：蓄电池充电后，在20℃±5℃条件下搁置1h,按下列条件进行试验。挤压方向：垂直于蓄电池极板方向施压；挤压面积：垂直于施压方向的外表面；挤压程度：直至蓄电池壳体破裂或内部短路（蓄电池电压变为0V）为止。★冲击（impactorshock）：在20℃±5℃条件下搁置1h后，在同一温度条件下，自1.5米高处跌落至木板上。★振动（vibration）：蓄电池组充电后，紧固到振动试验台上，按下述条件进行试验：a)振动方向：上下单振动；b)振动频率：10Hz～55Hz；c)最大加速度：30m/s2；d)振动时间：1h；e)放电：以1I1(A)电流放电至蓄电以1I1(A)恒流放电至终止电压（n×3.0V）。放电阶段若有单体蓄电池电压低于2.5V，则停止放电。电池专业术语（8—安全）电池专业术语（9—电池组）电池作为动力源，当需要较高电压或大电流时，需要将若干个单体电池通过串联、并联或复联组成电池组使用。串联、并联、或并、串联。串联电池组-串联的主要目的是增加电压

串联电池组中的每个单体电池的开路电压为U，内阻为Ri，n个单体电池串联组成的电池组的电压为nU，电池组的总内阻为nRi。并联电池组并联的目的是增加电池容量。电池组的性能通常比单体电池性能差。35目录一、电池基础知识介绍二、动力电池发展现状和产业化情况三、动力电池评价体系36电动汽车动力电池37汽车发展带来的影响38空气污染能源危机全球变暖二氧化碳过度排放会引起“温室效应”“温室效应”将导致地球气候反常，全球温度升高，海平面上升，土地干旱、沙漠化问题恶化，严重威胁人类生存环境。数据表明，25%的二氧化碳排放来自汽车种种迹象表明，CO2排放指标有可能带来汽车技术的新一轮竞争和国际贸易壁垒！能源与环境形势要求39从1994年开始,尤其是进入本世纪我国汽车产业开始持续增长,每年以两位数的百分比，实现“井喷式”发展。即使是在2008年-2009年国际金融危机的环境下，我国汽车工业仍然保持强劲增长势头，2009年汽车产销量双双突破一千万辆，达到1300余万辆，成为世界最大的汽车生产和消费国。而2010年汽车销售量更是超过了1800万辆。我国汽车产业处于快速发展阶段40近年来，我国石油进口量超过原有产量，对外依存度超过50%，能源安全问题日显突出，节约能源形势紧迫。能源与环境形势要求41

我国正在成为全球最大的汽车生产和消费国，面临节能减排的重大挑战。按目前发展趋势，我国2020年的汽车年产销量将超过3000万，保有量将达到2亿辆左右，甚至有可能超过美国，车用燃油消费量将超过3亿吨，甚至达到3.5亿吨（相应的石油消费量达到5亿吨），总体石油对外依存度将超过70%；我国在售轿车百公里油耗平均8.06升，相当汽车每公里二氧化碳排放量为161.2g；按照中国减排45%的承诺，到2020年，我国乘用车平均排放应达到104.2g/km,相当于4.45L/100km。

因此，从技术发展的趋势可以看出，汽车动力系统的混合化和电气化势在必行。能源与环境形势要求42电动汽车分类43电动汽车系统及特点动力装置能量来源动力蓄电池混合电动汽车（HEV)发动机和驱动电机燃油必要插电式混合电动汽车（PHEV，含EREV)发动机和驱动电机燃油和电力必要纯电动汽车（EV）驱动电机电力必要燃料电池汽车（FCEV)驱动电机氢气等必要EngineTransmissionMotorGeneratorControllerSecondaryBatteryControllerMotorSecondaryBatteryFuelCellEngineMotorGeneratorControllerSecondaryBatteryPlugSecondaryBatteryMotorControllerPlugTransmission交通发展战略微/小型电动车公交车先进纯电驱动纯电驱动是国家支持的战略重点44类型微混中混全混插电式纯电动燃料电池简短描述起停，有限的制动能量回收，无纯电动模式起停，制动能量回收，加速，无纯电动模式起停，制动能量回收，加速，较短的纯电动行驶起停，制动能量回收，纯电行驶制动能量回收，纯电行驶与全混或插电式相同典型电压（V）1236~120200~400200~400200~400能量需求（kWh）0.6~1.2~1~15~1010~30功率需求（kW）25~2030~5030~7030~70电池体系铅酸；铅酸+超级电容器镍氢；锂离子（高功率）镍氢；锂离子（高功率）锂离子（功率能量兼顾）；铅酸锂离子（高能量）循环制度典型SOC60~80%典型SOC40~60%典型SOC40~60%典型SOC20~100%典型SOC20~100%寿命要求30万次循环30万次循环30万次循环30万次循环+3000次深循环3000次深循环电动汽车对电池的要求45动力电池的技术发展主要是以比能量作为主线，在此基础上，兼顾价格以及安全、寿命、温度适应性等其它性能。在当前发展比较成熟的电池类型中，负极都是采用炭类材料，正极采用磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料等。从比能量的角度来看：磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、三元材料电池均很难满足电动汽车追赶燃油车续驶里程的最终发展要求。以高比能量为特征的锂硫电池、锂空气电池尚处于实验室研究阶段，离实用化还有很大的差距。磷酸锰锂、高容量富锂材料等体系虽然具有较高的比能量，但还存在材料制备、电解液匹配等技术难题，短时间也很难有突破。46国内外动力电池总体发展路线分析国内动力电池近期发展路线分析单体比能量(Wh/kg)模块比能量(Wh/kg)系统比能量(Wh/kg)价格（元/Wh）循环寿命2015202020152020201520202015202020152020国家科技规划-250~400120---1.5-2000次或10年-国家产业规划--150300--21.52000次或10年-日本NEDO150250----2.51.7--美国DOE-250----1.90.8--国家863160-----1.5---47《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》纯电动汽车动力电池关键指标发展目标对比不同材料体系动力电池的比能量材料体系理论比能量（Wh/kg）当前实际比能量（Wh/kg）磷酸铁锂140110锰酸锂160130三元材料29018048锰酸锂电池：高温性能缺陷；三元材料电池：国外掌握专利，国内研发较少；磷酸铁锂电池：提升材料的实际容量和减轻电池重量。快速充电锂离子电池快速充电过程中：电池的极化内阻大大增加；电池温度升高；电池内部锂沉积；电池胀气；容量衰减加快。49目前的动力电池不适合！钛酸锂电池快速充电能力：循环寿命：比能量：成本：50国外动力电池产业发展政策分析51政府直接将资金投入到动力电池上，这使得动力电池企业在电动汽车产业发展中能够处于主导地位，有利于动力电池技术的快速进步和良性发展。动力电池企业与电动汽车企业普遍形成了强强联合的关系；大多都选择三元材料电池，部分选择锰酸锂电池或锰酸锂/三元混合体系电池，少部分选择磷酸铁锂电池；没有通过成立合资公司或共同开发的方式发展的电池企业，处境危险。国内动力电池产业发展政策分析政府将资金直接投入到电动汽车企业，这使得动力电池企业在电动汽车产业的发展中处于弱势地位；动力电池企业与电动汽车企业之间基本上属于简单的供求关系，缺乏主动性和积极性；锰酸锂、三元材料等动力电池的产业发展一直没有很大的进展52

从国内外动力电池产业发展动态来看，日本和韩国占据了大部分高端市场，其中韩国在电池成品的市场占有率处于领先位置，日本则在电池关键材料领域处于垄断地位，中国则占有电池成品的部分低端市场。国内在隔膜和电解质这两大动力电池关键材料的国产化方面已开始加速，但整体技术水平及生产规模与国外比还有很大的差距。53动力电池关键材料54LiMPO4

（橄榄石结构）(M=Fe,Mn,Ni,Co)LiFe+2PO4↔Fe+3PO4LiM2O4

（尖晶石结构）(M=Mn,Ni,Co)LiMn+3/+4O2↔LixMn4+O2LiMO2

（层状结构）(M=Mn,Ni,Co)LiM+2/+3O2↔LixM+3/+4O2锂离子电池正极材料55优点：结构稳定、安全性能好；资源丰富、成本低廉；循环性能好；耐过充性能好，有利于电池组合使用.缺点：导电性能差、加工性能差、比能量密度低LiFePO4基本结构(Tarascon,Nature,2001,414:359)橄榄石型正极材料—磷酸铁锂磷酸铁锂是目前我国电动汽车主要使用的正极材料，但在国际上动力锂离子电池较少使用该类材料。我国的磷酸铁锂产能过剩，同时知识产权受制于国外。56橄榄石型正极材料发展趋势57更高电位、更高比能量层状正极材料项目结构式应用领域能量密度优点缺点钴酸锂LiCoO2小型电池技术成熟成本高、安全性较差三元正极材料Li(NiCoMn)O2小型电池/动力电池技术成熟、循环好成本较高，安全性不如橄榄石型结构材料层状富镍正极材料Li(NiCoAl)O2小型电池/动力电池容量高安全性能差、成本高层状富锰正极材料Li1+xMO2动力电池容量高成本高、倍率特性差、安全性需要提升58能量密度升高层状正极材料发展趋势三元正极材料将逐步取代LiCoO2；三元正极材料/镍钴铝正极材料和层状锰酸锂正极材料均可能成为动力电池材料的选择；从未来角度考虑，层状锰酸锂材料其可逆容量有望突破250mAh/g，将成为最有前景的动力电池正极材料。5955℃25℃尖晶石结构的典型代表材料——锰酸锂高温循环差、能量密度低；通过与三原材料混合，提升比能量，改善高温循环性能。锂离子电池负极材料Li4Ti5O12硬碳石墨MCMB碳类氧化物类（LTO）合金类硅基及锡基等61高比能量动力电池应用：石墨类负极、Si基负极高比功率动力电池应用：MCMB、硬碳、钛酸锂62石墨类负极材料研究进展项目克容量(mAh/g)压实密度循环性能倍率特性安全性改进方向天然石墨>360>1.75OKBadBad

循环性能、倍率特性和安全性人造石墨>350>1.65OKBadBad

循环性能、倍率特性、容量和安全性MCMB>330>1.5GoodGoodBad容量和安全性目前动力电池负极材料以人造石墨为主。Si基负极64通过纳米化及碳包覆等，提高其循环性和稳定性，降低体积膨胀。

钛酸锂容量：165mAh/g@1C倍率性能好：＞30C循环性能好：＞10000次高低温性能好缺点：加工性能差存在析气现象。主要应用领域：混合动力汽车储能方面65硬炭需提升首次效率及克容量等66新型材料——石墨烯石墨烯是一种由碳原子构成的只有一个碳原子厚度的单层片状结构的二维材料。石墨一般是150层左右，层数少于10即可称之为多层石墨烯，层数少于4可以称之为石墨烯，多层石墨烯性能不及石墨烯。67

石墨烯具有优异的力学、热学、电学、光学性能，是目前已知最薄、强度最高的物质,可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料、柔性透明触控屏幕、超微型晶体管、光电传感器、超级电容器、电池材料等。新型材料——石墨烯

——概述68石墨烯从发现至今，还处于实验研发阶段。制备技术：目前尚没有能够同时兼顾低成本、规模化、高纯度、高产率的制备技术。应用技术：石墨烯应用时易堆叠，转变成多层石墨烯结构，降低了材料的比表面积，限制其界面的高效利用。新型材料——石墨烯

——研究和应用现状69作为电池的少量导电添加剂：与传统导电剂相比，石墨烯做电池电极的导电剂可大大减少用量，提升活性电极材料的比例，从而在一定程度上间接提高电池的能量密度，但对电池能量密度的提升不会有质的改变。新型材料——石墨烯

——在电池领域的应用方向70与传统的电池正负极材料复合制成石墨烯复合电极材料，提升电极材料的电导率，同时，石墨烯“柔韧”的二维层状结构可以抑制电极膨胀和粉化。新型材料——石墨烯

——在电池领域的应用方向71直接将石墨烯作为锂离子电池的负极材料。石墨烯是单层碳原子，上下表面均可存储锂离子，理论上其储锂容量可达传统石墨的两倍，但目前实验结果显示，直接做负极时不可逆容量损失很大。新型材料——石墨烯

——在电池领域的应用方向72新型材料——石墨烯

——国内外研究进展清华大学：具有自分散、不堆叠特性的柱撑石墨烯，可用于提升锂硫电池的功率密度。沈阳金属研究所：利用石墨烯的柔性和高导电性，以磷酸铁锂/石墨烯和钛酸锂/石墨烯复合材料分别作为正负极制备锂离子电池，可实现弯折和快速充放电的特性。73新型材料——石墨烯

——国内外研究进展美国俄亥俄州NanotekInstruments公司、韩国光州科学技术院：石墨烯超级电容器美国西北大学：石墨烯负极美国阿贡实验室：硅-石墨烯负极

共同点：提高快速充放电能力！74新型材料——石墨烯

——在动力电池中的应用分析目前还没有形成批量化的生产和应用；只是作为一种电极材料的辅助材料；对于电池能量密度的提升不能起决定性作用；目前针对石墨烯在锂离子电池中应用的相关研究处于起步阶段。75目录一、电池基础知识介绍二、动力电池发展现状和产业化情况三、动力电池评价体系76中国电动汽车标准体系77电动汽车技术标准体系EVstandardssystem整车vehicle

电机及控制系统Motorandcontroller

蓄电池battery充电系统Charger&infrastructure电气及接口Electricinterface通用基础性、安全性、互换性basic/safety/exchangeable技术条件Specification试验方法TestProcedure模块单体材料系统电性能安全&滥用寿命环境电池标准框架78Electricalparameter tests(performance):-capacity/energydetermination-powerdetermination-selfdischargedetermination-energyefficiencydeterminationLifetimetesting:

determinationofelectricalparametersindependenceontimeandcycles:-storagetime

(calendarlife)-numberofcycles

(cyclelife)Safetyandabusetesting

-electricaltests -overcharge -overdischarge -shortcircuit-physicaltests -mechanicaltests -droptest -penetrationtest -thermaltests -heatinguptest测试流程79ISORoadvehicles

—Electricallypropelledroadvehicles—Testspecificationforlithium-iontractionbatterypacksandsystems—Part1:Highpowerapplications(ISO12405-1,ISO/TC

22/SC

21N,2009-09-22,workingdraft)Electricallypropelledroadvehicles—TesspecificationforLi-Iontracktionbatterypacksandsystems—Part2:Highenergyapplication

(ISO12405-2,ISO/TC

22/SC

21N,2009-10-01,Preparatorystage)80Safetyrequirementsforsecondarylithiumbatteriesforhybridvehiclesandmobileapplications(TC21/SC21A/WG5,2008-05-27,NP)Largeformatsecondarylithiumcellsandbatteriesforstationaryandmotiveapplications(TC21/SC21A/WG5,NP)Secondarybatteriesforthepropulsionofelectricroadvehicles–Part4:Performancetestingforlithium-ioncells(IEC61982-4,21A,69;ISO/TC22,ISO/TC22/SC21,21/671/NP+21/679/RVN,2009-07-31,CD)---62660-1(21/708/CDV+21/721/RVC)---21/728/FDIS--2010-11-19Secondarybatteriesforthepropulsionofelectricroadvehicles–Part5:Reliabilityandabusetestingforlithium-ioncells(IEC61982-5,21A,69;ISO/TC22,21/672/NP+21/680/RVN,2009-07-31,CD)---62660-2(21/709/CDV+21/722/RVC)---21/727/FDIS--2010-11-19Dimensionsandmarkingsofsecondarylithium-ioncellsforvehiclepropulsion(21/735/NP,2010-11-22proposal)IEC81USAUSABCElectricVehicleBatteryTestProceduresManual(January,1996)USABCElectrochemicalStorageSystemAbuseTestProcedureManual(July,1999)FreedomCAR42VBatteryTestManual(April,2003)FreedomCARBatteryTestManualForPower-AssistHybridElectricVehicles(October,2003)FreedomCARElectricalEnergyStorageSystemAbuseTestManualforHybridElectricVehicleApplications(May,2004)82USAFreedomCAR

UltracapacitorTestManual(September,2004)FreedomCARBatteryTechnologyLifeVerificationTestManual(July,2004)FreedomCARElectrochemicalStorageSystemAbuseTestManualforElectricandHybridElectricVehicleApplications(June,2005)BatteryTestManualforPlug-InHybridElectricVehicles(March,2008)83RecommendedPracticeforPackagingofElectricVehicleBatteryModules-J1797,Publicizedon30June,2008RecommendedPracticeforPerformanceRatingofElectricVehicleBatteryModules-J1798,Publicizedon8July,2008LifeCycleTestingofElectricVehicleBatteryModules-J2288,Publicizedon30June,2008

VibrationTestingofElectricVehicleBatteries-J2380Publicizedin1998,duringrevisionElectricVehicleBatteryAbuseTesting-J2464Publicizedon11March,1999,nowrevisingUSA(SAE)84SpecificationofTestProceduresforHighVoltageHybridElectricVehicleTractionBatteries(January,2005)SafetyTestProceduresforModulesofEV-Batteries(May,1999)SpecificationofTestProceduresforSafetyTestingofBatteryPacks-TestsontheSystemLevel(March,2003)ParameterandLifecyclingSupercapacitorsTestProceduresSpecificationofTestProceduresforEnergyStorageof42V-VehicleApplications(October,2002)

TestSpecificationforLi-ionBatterySystemsforHybridElectricVehicles(March,2007)(VDA)ManualforEvaluationofEnergySystemsforlightElectricVehicles(LEV)-Secondarylithiumbatteries(March,2008)(BATSO)EU(includingGermany)85Capacitytestprocedureofsealednickel-metalhydridebatteriesforelectricvehicles(JEVSD705,1999)Energydensitytestprocedureofsealednickel-metalhydridebatteriesforelectricvehicles(JEVSD706,1999)Specificpowerandpeakpowertestprocedureofsealednickel-metalhydridebatteriesforelectricvehicles(JEVSD707,1999)Cyclelifetestprocedureofsealednickel-metalhydridebatteriesforelectricvehicles(JEVSD708,1999)Dynamiccapacitytestprocedureofsealednickel-metalhydridebatteriesforelectricvehicles(JEVSD709,1999)JAPAN86Electricvehicletestproceduresforchargingefficiencyofbatteries(JEVSD710,2002)Capacitytestprocedureofsealednickel-metalhydridebatteriesforhybrid-electricvehicles(JEVSD711,2003)Energydensitytestprocedureofsealednickel-metalhydridebatteriesforhybrid-electricvehicles(JEVSD712,2003)Powerdensityandregenerativepowerdensitytestprocedureofsealednickel-metalhydridebatteriesforhybrid-electricvehicles(JEVSD713,2003)JAPAN87检验项目外观物理性能振实密度真实密度粒度分布比表面积XRDSEMC含量(LFP)化学性能主体元素和杂质含量pH值电化学性能首次充放电效率克容量循环特性倍率放电性能安全性能热安全性检验项目外观物理性能振实密度真实密度粒度分布比表面积化学性能主体元素和杂质含量pH值电化学性能首次充放电效率克容量循环特性倍率放电性能安全性能热安全性检验项目外观厚度面密度电导率抗拉强度穿刺强度透气性孔隙率闭孔温度熔断温度测试规范正极负极隔膜动力电池关键材料测试方法和评价体系的建立88动力电池测试与评估HEV用高功率金属氢化物镍动力蓄电池性能测试规范HEV用高功率锂离子动力蓄电池性能测试规范EV用锂离子动力蓄电池性能测试规范电动汽车用电化学超级电容器性能测试规范“863”

项目相关测试规范电动汽车用金属氢化物镍蓄电池(QC/T744-2006)

电动汽车用锂离子蓄电池(QC/T743-2006)

电动汽车用铅酸蓄电池(QC/T742-2006)

车用超级电容器(QC/T741-2006)4项强制检验的行标89

90

锂离子蓄电池组评价单体电池一致性评