全球2014年一季度动力电池技术研发成果一览

今年以来，新能源汽车技术的兴起在全球掀起了一波又一波的淘金热，锂电池更是炙手可热。

得益于电动汽车等市场的发展，全球锂离子电池行业持续快速发展。行业研究预测，2015年全球锂离子电池市场将达到13287.43万千瓦时，是2011年的近5倍，汽车电动化市场的年均增长率将超过100%。2015年，全球锂离子电池产业规模将达到523.2亿美元。

就中国市场而言，2014年，中国锂离子电池行业将保持2013年的势头并继续稳步增长，有望迎来加速增长，年产量可能超过54亿；到2015年，我国锂离子电池市场规模将突破1000亿元，达到1251.5亿元。

第一电气网总结了2014年第一季度国内外电动汽车电池技术的研发成果，供参考。

电动汽车专用蓄电池

三月

乐凯成功开发了一种用于电动汽车的高性能锂离子电池隔膜。

3月14日，乐凯集团宣布成功研发出高性能电动汽车锂离子电池隔膜，填补了中国战略性新兴产业在新材料和新能源材料领域的空白。该产品的专有技术已申请3项国家专利，其中2项已获授权。

该产品的成功开发将改变高性能锂电池隔膜依赖进口的现状，打破国外公司对该类产品和技术的垄断，全面实现进口产品的替代，有效提升我国高性能电池的国际竞争力；

同时，将形成一系列具有市场竞争力的高分子材料技术，对我国高分子新材料产业的发展起到积极作用。

Johnson controls与Fraunhofer协会合作开发汽车电池技术。

Johnson controls宣布，已与Fraunhofer Gesellschaft签署合作协议，共同开发下一代汽车电池节能冷却系统。

双方的合作将首先集中在48V微型混合动力电池技术上。在此之前，johnson controls已经展示了其微型混合动力电池技术，它有潜力将油耗降低15%，从而帮助车企满足日益严格的规定，消费者的油耗成本也将降低。

Johnson controls表示，该公司和Fraunhofer协会在汽车电池冷却系统方面开发的技术将首先在欧洲采用，然后迅速推广到美国，并将在2020年在全球范围内进一步推广。

德国普瑞公司推出全新的电池管理系统。

日前，德国普瑞公司宣布推出其最新的电池管理系统，该系统主要针对纯电动宝马i3车型。电池管理系统由电子控制元件、电池管理单元和电池监测传感器单元组成，均由德国普瑞汽车零部件供应商提供。

这一次，普瑞推出的全新电池管理系统可以为高压电池系统提供稳定的充电电压。由于高压电池系统的能耗在纯电动汽车中一直存在，即使在车辆的制动能量回收阶段，高压电池系统也始终保持工作，因此可以确保充放电电压的稳定性，有效提高车辆电池的性能。此外，具有不同敏捷制造容差水平的电池组具有不同的相应充电电压。正是出于这个原因，普瑞推出的新电池管理系统的电池监测传感器单元（CSSU）将始终监测每个电池组的电压和温度变化。之后。电池管理单元（BMU）将对测量数据进行处理，以确定相应的充电电压，从而确保电池的最佳性能。这个过程也被称为平衡过程。

日产开发新能源汽车技术来观察锂电池的电子运动。

日产汽车公司及其全资子公司日产分析研究中心最近宣布，他们已率先开发出世界上第一种电池分析技术。通过这项技术，日产研发人员可以直接观察锂离子电池正极材料在充放电过程中的电子活动，从而进一步研究和设计电池材料，以期开发出更高容量、更长寿命的电池，提高零排放电动汽车的续航能力，提高电动汽车的耐用性。

这次开发的分析方法既使用了使用L吸收端的X射线吸收光谱法，也使用了使用超级计算机地球模拟器的第一原理计算方法。尽管之前有人使用X射线吸收光谱法分析锂离子电池，但“K吸收端”是主流。最靠近原子核的K壳层中的电子被束缚在原子中，因此电子不直接参与充电和放电。

这种分析方法采用L吸收端的X射线吸收光谱，可以直接观察参与电池反应的电子的流动。此外，通过结合使用地球模拟器的第一原理计算方法，可以高精度地获得以前只能间接推断的电子运动。该成果由日产ARC、东京大学、京都大学和大阪县立大学共同开发。

美国科学家从生活垃圾中提取氢气驱动燃料电池汽车

最近，加州大学欧文分校的科学家Jack Brouwer利用家庭垃圾或食物残渣提取氢气，并将其用于驱动氢燃料电池汽车。

制氢原理……

大多数工业设施是将天然气CH4分解以形成碳原子和氢。

但是生产氢气的方法不止一种。布劳沃教授和他的团队开发了另一种方法。在加州大学欧文分校的燃料电池研究中心，研究人员从南加州人们的生活垃圾或污水污泥和污水中提取氢气。

首先，污泥被分解成水和生物固体。污泥中的废水经过过滤、提取和再利用。生物固体进入真空罐，被其中存在的细菌和微生物分解。经过这个过程，会产生一种气体，由60%的甲烷和40%的二氧化碳组成。

真空罐中的甲烷气体大部分用于发电，一小部分进入研究团队开发的燃料电池转换设备，在那里甲烷将被处理以产生电力、热量和氢气。其中，氢气被运送到数百英尺外的一个公共加氢站，供燃料电池汽车加注。

新型锂空气电池在美国问世，其能量密度超过300Wh/kg。

美国研究人员最近在达拉斯举行的第247届全国代表大会和美国化学学会展览会上展示了他们的成就。研究人员正在研究的重要组成部分是电池的电解质，它可以实现电极之间的传导。现在有四种电解质设计，其中一种使用水。这种“含水”设计与其他设计相比的优势在于，它可以防止锂与空气中的气体相互作用，并使空气电极快速反应。缺点是水和锂之间的直接接触会对锂造成损害。

据了解，该系统的实际能量密度超过300Wh/kg，而商用锂离子电池仅为150Wh/kg左右。

二月

日本回收电动汽车电池开发大型电池

日前，日本住友商事公司回收了电动汽车中的废旧锂电池，并开发了一种大型电池系统。该系统容量为400千瓦时，可为50户家庭提供一天的用电量。据悉，该系统将主要用作太阳能发电的辅助系统，以减少天气对发电的影响。这种电池系统预计将在三年内投入市场。

该系统使用从行驶约10万公里的16辆日产电动汽车Leaf中回收的锂电池。从2014年2月起，研究人员将在大阪市这片花区的人工土地上进行实验，使用电池系统辅助大型太阳能发电站并稳定发电。

一月

山西发展离子液体电解质甲烷燃料电池发动机。

近日，笔者从太原理工大学化学与生物工程学院获悉，该校研究团队在新能源汽车燃料电池发动机领域取得重大突破。据业内人士透露，这将对中国乃至世界汽车行业产生巨大影响。

太原理工大学化学与生物工程学院王元阳教授及其研究团队开发的离子液体电解质甲烷燃料电池发动机可以直接使用甲烷燃料。王元阳教授表示，由于该项目的成果属于创新技术，相关技术标准尚未制定，目前只能采用现行通用标准QC/T691《车用天然气单燃料发动机技术规范》。“我们将积极寻求参与标准制定的方式，以确立我们在该领域的先锋地位”。

江西科研人员开发聚酰亚胺纳米纤维电池隔膜

由江西师范大学首席教授、江西仙才纳米纤维科技有限公司有限公司副董事长侯浩清博士带领的研究团队，经过几年的研究，开发出了聚酰亚胺（PI）纳米纤维电池分离器。这种具有自主知识产权的高科技材料可以极大地提高汽车动力电池或电池组的性能。

在保持电池容量不变的前提下，该技术产品将使充放电电流增加4倍，电池循环寿命增加7倍以上。此外，这种新型隔膜可以承受530℃的高温，使电池隔膜在使用时不可能爆炸起火……

由于汽车的剧烈碰撞。

目前，公司的PI纳米纤维电池隔膜技术已完成实验室研发阶段，正式进入产业化。预计今年产能将达到700万平方米，到2015年将达到4000万平方米。如果使用50%的新能源汽车，仅中国汽车市场对电池隔膜的年需求量就将达到55亿平方米。

美国开发的糖燃料电池的容量密度是锂电池的10倍。

弗吉尼亚理工大学宣布，他们已经开发出一种使用多糖的燃料电池。该电池的容量密度是锂离子充电电池的10倍多，该大学表示“将在三年内达到手机和平板电脑等产品的使用水平”。该电池由弗吉尼亚理工大学副教授张一恒开发。

这次开发的电池使用多糖，如麦芽糊精，通过淀粉和空气中的氧气部分水解获得，以发电和发电。用人工合成的13种酶代替铂（Pt）作为催化剂，通过氧化糖提取电子。

高容量密度据说是由于这些酶在提取电子方面具有非常高的效率。具体而言，构成麦芽糊精的葡萄糖可以提取24个电子。

目前，该电池的输出功率密度为0.8mW/cm2，电流密度为6mA/cm2。当麦芽糊精的浓度为15%时，容量密度为596Ah/kg，能量密度为298Wh/kg。据报道，这些数值“远高于42Ah/kg和150Wh/kg的锂可充电电池”。然而，这种电池的输出电压为0.5V，低于锂可再充电电池的3.6V。

尽管电池具有高容量密度和能量密度，但由于酶的缓慢作用，不存在爆炸和火灾的危险，这与使用氢气和甲醇的普通燃料电池不同。

美国研究人员开发混合电极以延长锂硫电池的循环寿命。

最近，西北太平洋国家实验室（PNNL）报告称，通过石墨和锂组成的混合电极，锂硫电池的基本循环寿命可以达到400倍，从而提高电动汽车的里程数。

尽管400次循环的循环寿命并不突出，但锂硫电池的能量密度比普通锂电池高2-3倍，而限制该电池发展的最大问题是硫化物在电池反应过程中流出缩短了电池的循环寿命。

这种混合电极可以将锂硫电池的循环寿命提高四倍。使用普通电极时，锂硫电池的循环寿命仅为100倍，但使用混合电极时，循环寿命提高到400倍。刘军表示，尽管硫化物仍有流出，但并未影响电池寿命，锂硫电池的能量密度在实验中仅下降了11%。

中国是锂离子动力电池生产大国，约占全球25%的市场份额，拥有良好的产业基础和一批具备工业化生产能力的企业。但事实上，国内锂离子动力电池的生产技术与国际先进水平仍有差距。隔膜、电解液用高纯六氟磷酸锂等许多核心技术和材料尚未形成产业化能力，在能量密度、寿命、安全等一些重要性能指标上仍落后于国际先进水平。锂电池技术水平的提高在很大程度上决定了新能源汽车的推广前景，动力电池的研发人员可谓责任重大。今年以来，新能源汽车技术的兴起在全球掀起了一波又一波的淘金热，锂电池更是炙手可热。

得益于电动汽车等市场的发展，全球锂离子电池行业持续快速发展。行业研究预测，2015年全球锂离子电池市场将达到13287.43万千瓦时，是2011年的近5倍，汽车电动化市场的年均增长率将超过100%。2015年，全球锂离子电池产业规模……

将达到523.2亿美元。

就中国市场而言，2014年，中国锂离子电池行业将保持2013年的势头并继续稳步增长，有望迎来加速增长，年产量可能超过54亿；到2015年，我国锂离子电池市场规模将突破1000亿元，达到1251.5亿元。

第一电气网总结了2014年第一季度国内外电动汽车电池技术的研发成果，供参考。

电动汽车专用蓄电池

三月

乐凯成功开发了一种用于电动汽车的高性能锂离子电池隔膜。

3月14日，乐凯集团宣布成功研发出高性能电动汽车锂离子电池隔膜，填补了中国战略性新兴产业在新材料和新能源材料领域的空白。该产品的专有技术已申请3项国家专利，其中2项已获授权。

该产品的成功开发将改变高性能锂电池隔膜依赖进口的现状，打破国外公司对该类产品和技术的垄断，全面实现进口产品的替代，有效提升我国高性能电池的国际竞争力；

同时，将形成一系列具有市场竞争力的高分子材料技术，对我国高分子新材料产业的发展起到积极作用。

Johnson controls与Fraunhofer协会合作开发汽车电池技术。

Johnson controls宣布，已与Fraunhofer Gesellschaft签署合作协议，共同开发下一代汽车电池节能冷却系统。

双方的合作将首先集中在48V微型混合动力电池技术上。在此之前，johnson controls已经展示了其微型混合动力电池技术，它有潜力将油耗降低15%，从而帮助车企满足日益严格的规定，消费者的油耗成本也将降低。

Johnson controls表示，该公司和Fraunhofer协会在汽车电池冷却系统方面开发的技术将首先在欧洲采用，然后迅速推广到美国，并将在2020年在全球范围内进一步推广。

德国普瑞公司推出全新的电池管理系统。

日前，德国普瑞公司宣布推出其最新的电池管理系统，该系统主要针对纯电动宝马i3车型。电池管理系统由电子控制元件、电池管理单元和电池监测传感器单元组成，均由德国普瑞汽车零部件供应商提供。

这一次，普瑞推出的全新电池管理系统可以为高压电池系统提供稳定的充电电压。由于高压电池系统的能耗在纯电动汽车中一直存在，即使在车辆的制动能量回收阶段，高压电池系统也始终保持工作，因此可以确保充放电电压的稳定性，有效提高车辆电池的性能。此外，具有不同敏捷制造容差水平的电池组具有不同的相应充电电压。正是出于这个原因，普瑞推出的新电池管理系统的电池监测传感器单元（CSSU）将始终监测每个电池组的电压和温度变化。之后。电池管理单元（BMU）将对测量数据进行处理，以确定相应的充电电压，从而确保电池的最佳性能。这个过程也被称为平衡过程。

日产开发新能源汽车技术来观察锂电池的电子运动。

日产汽车公司及其全资子公司日产分析研究中心最近宣布，他们已率先开发出世界上第一种电池分析技术。通过这项技术，日产研发人员可以直接观察锂离子电池正极材料在充放电过程中的电子活动，从而进一步研究和设计电池材料，以期开发出更高容量、更长寿命的电池，提高零排放电动汽车的续航能力，提高电动汽车的耐用性。

这次开发的分析方法既使用了使用L吸收端的X射线吸收光谱法，也使用了使用超级计算机地球模拟器的第一原理计算方法。尽管之前有人使用X射线吸收光谱法分析锂离子电池，但“K吸收端”是主流。最靠近原子核的K壳层中的电子被束缚在原子中，因此电子不直接参与充电和放电。

这种分析方法采用L吸收端的X射线吸收光谱，可以直接观察参与电池反应的电子的流动。此外，通过结合使用地球模拟器的第一原理计算方法，可以高精度地获得以前只能间接推断的电子运动。该成果由日产ARC、东京大学、京都大学和大阪县立大学共同开发。

美国科学家从生活垃圾中提取氢气驱动燃料电池汽车

最近，加州大学欧文分校的科学家Jack Brouwer利用家庭垃圾或食物残渣提取氢气，并将其用于驱动氢燃料电池汽车。

制氢原理……

大多数工业设施是将天然气CH4分解以形成碳原子和氢。

但是生产氢气的方法不止一种。布劳沃教授和他的团队开发了另一种方法。在加州大学欧文分校的燃料电池研究中心，研究人员从南加州人们的生活垃圾或污水污泥和污水中提取氢气。

首先，污泥被分解成水和生物固体。污泥中的废水经过过滤、提取和再利用。生物固体进入真空罐，被其中存在的细菌和微生物分解。经过这个过程，会产生一种气体，由60%的甲烷和40%的二氧化碳组成。

真空罐中的甲烷气体大部分用于发电，一小部分进入研究团队开发的燃料电池转换设备，在那里甲烷将被处理以产生电力、热量和氢气。其中，氢气被运送到数百英尺外的一个公共加氢站，供燃料电池汽车加注。

新型锂空气电池在美国问世，其能量密度超过300Wh/kg。

美国研究人员最近在达拉斯举行的第247届全国代表大会和美国化学学会展览会上展示了他们的成就。研究人员正在研究的重要组成部分是电池的电解质，它可以实现电极之间的传导。现在有四种电解质设计，其中一种使用水。这种“含水”设计与其他设计相比的优势在于，它可以防止锂与空气中的气体相互作用，并使空气电极快速反应。缺点是水和锂之间的直接接触会对锂造成损害。

据了解，该系统的实际能量密度超过300Wh/kg，而商用锂离子电池仅为150Wh/kg左右。

二月

日本回收电动汽车电池开发大型电池

日前，日本住友商事公司回收了电动汽车中的废旧锂电池，并开发了一种大型电池系统。该系统容量为400千瓦时，可为50户家庭提供一天的用电量。据悉，该系统将主要用作太阳能发电的辅助系统，以减少天气对发电的影响。这种电池系统预计将在三年内投入市场。

该系统使用从行驶约10万公里的16辆日产电动汽车Leaf中回收的锂电池。从2014年2月起，研究人员将在大阪市这片花区的人工土地上进行实验，使用电池系统辅助大型太阳能发电站并稳定发电。

一月

山西发展离子液体电解质甲烷燃料电池发动机。

近日，笔者从太原理工大学化学与生物工程学院获悉，该校研究团队在新能源汽车燃料电池发动机领域取得重大突破。据业内人士透露，这将对中国乃至世界汽车行业产生巨大影响。

太原理工大学化学与生物工程学院王元阳教授及其研究团队开发的离子液体电解质甲烷燃料电池发动机可以直接使用甲烷燃料。王元阳教授表示，由于该项目的成果属于创新技术，相关技术标准尚未制定，目前只能采用现行通用标准QC/T691《车用天然气单燃料发动机技术规范》。“我们将积极寻求参与标准制定的方式，以确立我们在该领域的先锋地位”。

江西科研人员开发聚酰亚胺纳米纤维电池隔膜

由江西师范大学首席教授、江西仙才纳米纤维科技有限公司有限公司副董事长侯浩清博士带领的研究团队，经过几年的研究，开发出了聚酰亚胺（PI）纳米纤维电池分离器。这种具有自主知识产权的高科技材料可以极大地提高汽车动力电池或电池组的性能。

在保持电池容量不变的前提下，该技术产品将使充放电电流增加4倍，电池循环寿命增加7倍以上。此外，这种新型隔膜可以承受530℃的高温，使电池隔膜在使用时不可能爆炸起火……

由于汽车的剧烈碰撞。

目前，公司的PI纳米纤维电池隔膜技术已完成实验室研发阶段，正式进入产业化。预计今年产能将达到700万平方米，到2015年将达到4000万平方米。如果使用50%的新能源汽车，仅中国汽车市场对电池隔膜的年需求量就将达到55亿平方米。

美国开发的糖燃料电池的容量密度是锂电池的10倍。

弗吉尼亚理工大学宣布，他们已经开发出一种使用多糖的燃料电池。该电池的容量密度是锂离子充电电池的10倍多，该大学表示“将在三年内达到手机和平板电脑等产品的使用水平”。该电池由弗吉尼亚理工大学副教授张一恒开发。

这次开发的电池使用多糖，如麦芽糊精，通过淀粉和空气中的氧气部分水解获得，以发电和发电。用人工合成的13种酶代替铂（Pt）作为催化剂，通过氧化糖提取电子。

高容量密度据说是由于这些酶在提取电子方面具有非常高的效率。具体而言，构成麦芽糊精的葡萄糖可以提取24个电子。

目前，该电池的输出功率密度为0.8mW/cm2，电流密度为6mA/cm2。当麦芽糊精的浓度为15%时，容量密度为596Ah/kg，能量密度为298Wh/kg。据报道，这些数值“远高于42Ah/kg和150Wh/kg的锂可充电电池”。然而，这种电池的输出电压为0.5V，低于锂可再充电电池的3.6V。

尽管电池具有高容量密度和能量密度，但由于酶的缓慢作用，不存在爆炸和火灾的危险，这与使用氢气和甲醇的普通燃料电池不同。

美国研究人员开发混合电极以延长锂硫电池的循环寿命。

最近，西北太平洋国家实验室（PNNL）报告称，通过石墨和锂组成的混合电极，锂硫电池的基本循环寿命可以达到400倍，从而提高电动汽车的里程数。

尽管400次循环的循环寿命并不突出，但锂硫电池的能量密度比普通锂电池高2-3倍，而限制该电池发展的最大问题是硫化物在电池反应过程中流出缩短了电池的循环寿命。

这种混合电极可以将锂硫电池的循环寿命提高四倍。使用普通电极时，锂硫电池的循环寿命仅为100倍，但使用混合电极时，循环寿命提高到400倍。刘军表示，尽管硫化物仍有流出，但并未影响电池寿命，锂硫电池的能量密度在实验中仅下降了11%。

中国是锂离子动力电池生产大国，约占全球25%的市场份额，拥有良好的产业基础和一批具备工业化生产能力的企业。但事实上，国内锂离子动力电池的生产技术与国际先进水平仍有差距。隔膜、电解液用高纯六氟磷酸锂等许多核心技术和材料尚未形成产业化能力，在能量密度、寿命、安全等一些重要性能指标上仍落后于国际先进水平。锂电池技术水平的提高在很大程度上决定了新能源汽车的推广前景，动力电池的研发人员可谓责任重大。

标签：日产宝马宝马i3

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