电动汽车电池技术及国内外发展现状

电动汽车大致可分为三类：混合动力汽车、燃料电池汽车和电动汽车。电动汽车电池普遍存在问题。

电池及其管理系统是电动汽车的关键技术之一。过去几年，大多数企业在电动汽车的发展中都遇到了尴尬，主要是由于使用了铅酸、镍镉、镍氢电池等。现在，经过研究和实验比较，用更高能量密度的锂离子电池取代铅和镍氢电池正成为一项核心技术。它具有重量轻、储能大、功率大、无污染、无二次污染、使用寿命长、自放电系数小、温度适应性广等优点，是电动自行车、电动摩托车、电动汽车和电动卡车的理想车载电池。缺点是价格高，安全性差。然而，现有技术中已经开发出了锰酸锂、磷酸亚铁锂和磷酸钒锂等新材料，这大大提高了锂离子电池的安全性并降低了成本。

锂离子电池产业化趋势

随着成本的大幅降低和性能的大幅提高，许多汽车制造商已经开始使用锂离子电池。例如，富士重工与NEC合作开发了一种廉价的Cell锰锂离子电池（锰酸锂电池），该电池具有安全性高、制造成本低的特点，在车辆环境中的使用寿命高达12年10万公里，相当于纯电动汽车。除了体积小、容量大之外，东芝开发的快速充电锂离子电池采用了可以使纳米粒子均匀的固定技术，使锂离子能够均匀地吸附在电池的负极上，并可以在一分钟内充电到其容量的80%，六分钟后充满电。美国主要电池工厂江森自控于2005年9月在威斯康星州密尔沃基设立了一个研发基地，并于2006年1月再投资50%的资本，与法国电池工厂Saft共同建立江森自控Saft先进电源解决方案（JCS）。2006年8月，JCS承担了由美国能源部牵头的为期两年的美国ABC（美国先进电池联盟）纯电动汽车锂离子电池研发计划合同，并与汽车工厂签署了提供大功率锂离子电池的合同。

目前，世界上主要有以下类型的动力电池：

1.铅酸蓄电池

铅酸蓄电池已有100多年的历史，被广泛用作内燃机汽车的起动电源。它也是一种成熟的电动汽车电池，目前采用率约为8%~90%。它具有良好的可靠性、易于获得的原材料和低廉的价格；比功率基本可以满足电动汽车的功率要求。但它有两个主要缺点；首先，比能量低，质量和体积太大，一次充电的里程短；

另一个是使用寿命短，使用成本高。

镍镉/镍镉电池

目前，镍镉电池的应用仅次于铅酸电池。它的比能量可以达到55瓦时/公斤，比功率超过190瓦时/千克，可以快速充电，循环寿命更长，是铅酸电池的两倍多，可以达到2000多倍，但价格是铅酸蓄电池的4-5倍。虽然它的初始购买成本很高，但由于其在色容量和使用寿命方面的优势，其长期实际使用成本并不高。使用过程中应注意回收利用，避免重金属镉对环境造成污染。

2.镍氢电池

镍氢电池和镍镉电池一样属于碱性电池，其特性与镍镉电池相似，但镍氢电池不含镉和铜，因此不存在重金属污染的问题。目前，生产电动汽车用镍氢电池的公司主要是Ovonie公司，该公司拥有80A?h和130A?h两种单元电池，因此构成了30kw?h和50kw?h两个规格的电池。其比能量为75-80Wh/kg，比功率为160-230W/kg，循环寿命超过600次。这种电池已经安装在几辆电动汽车上试用，其中一辆一次充电可以行驶345公里，还有一辆一年行驶超过8万公里。由于价格高，它还没有大规模生产。据估计，随着镍氢电池技术的发展，其比能量可超过80Wh/kg，循环寿命可超过2000次，其预期价格可降至150美元/kWh。通用汽车公司已将其作为未来几年电动汽车的优先电池。

3.钠硫电池

钠硫电池也是近期电动汽车的热门电池，美国福特汽车公司的Mnivan电动汽车使用钠硫电池。它已被美国先进电池联合会（USMABC）列为中期开发中的电动汽车电池。德国ABB公司生产的B240K钠硫电池质量为17.5kg，存储容量为19.2Kw?h

。比能量达到109瓦时/公斤，循环寿命为1200次，最佳汽车在负载测试中无故障运行2300公里。钠硫电池主要存在严重的高温腐蚀和电池寿命短的问题。性能稳定性和使用安全性都不理想。

4.锂电池

锂电池有很多种，如彩色锂离子电池、高温锂熔盐电池、锂聚合物电池和聚合物固体电解质电池。锂离子电池的比能量理论值为570Wh/kg，其目前的性能指标为：比能量为100Wh/K8，比功率为200w/kg，循环寿命为1200次，充电时间为2-4小时。

5、锌空气电池

锌-空气电池的潜在比能量约为200瓦时/千克。美国DEMI公司为电动汽车开发的锌空气电池的比能已达到约160瓦时/公斤，但仍存在寿命短、比功率低、无法输出大电流、充电困难等缺点。美国的CRX电动汽车配备了锌空气电池。为了弥补它的不足，该车还配备了镍镉电池，以帮助汽车启动和加速。CRX汽车的锌空气电池组质量为340公斤，充满电时可储存45千瓦时的能量，而CRX重量为159公斤的镍锡电池充满电时的能量为4千瓦时。充电12分钟可使CRX电动汽车行驶65公里，充电1小时可行驶160公里。

6.飞轮蓄电池

飞轮电池是20世纪90年代提出的一种新概念电池。它突破了化学电池的限制，使用物理方法来储存能量。众所周知。当飞轮以一定的角速度旋转时，它具有一定的动能。飞轮电池通过其动能转化为电能。高科技飞轮用于储存电能，很像标准电池。飞轮蓄电池中有一个电机。充电时，电机以电机的形式运行。在外部电源的驱动下，电机驱动飞轮高速旋转，也就是说，给飞轮电池充电可以提高飞轮的转速，从而提高其功能。放电时，电机作为发电机运行，由飞轮驱动输出电能，完成机械能（动能）到电能的转换。当飞轮电池通电时，飞轮的转速逐渐降低。飞轮在真空环境中运行，转速极高（最高可达200000 r/min）。所使用的轴承是非接触式磁性轴承。据称，飞轮电池的比能量为150瓦时/公斤，比功率为5000-10000瓦/公斤，使用寿命为25年，可用于电动汽车行驶500万公里。美国飞轮系统公司成功地将一辆克莱斯勒LHS汽车改装成了一辆带有新开发的飞轮池的电动汽车，一次充电可行驶600公里，从96公里/小时加速的时间为6.5秒。

7.燃料电池

燃料电池是一种通过电极反应将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它不经过热机过程，也不受热循环的限制，因此能量转换效率高。燃料电池的化学能转换效率理论上可以达到100%，实际效率达到60%~80%，是普通内燃机的2-3倍。目前用于电动汽车的燃料电池是一种质量交换膜燃料电池（PEMFC），它使用纯氢作为燃料，空气作为氧化剂。1993年，在加拿大温哥华科学技术展览会上，加拿大BALLABC公司推出了世界上第一辆由PEMFC电池供电的电动公交车。有20名乘客，可行驶160公里/小时，最高速度为72.2公里/小时。梅赛德斯-奔驰还开发了一种由质子交换膜燃料电池供电的电动汽车。

从下个世纪的主导产业来看，汽车行业重点关注污染等主导能源两个方面，从轻量化车身、铝合金发动机、钢制混合燃料发动机、可充电电池电动汽车等角度来看，各大汽车展开了激烈的竞争。本文重点介绍了国外电动汽车电池的现状。

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几种主要电动汽车电池的发展趋势

目前，人们普遍认为，实践发展的重点和目标可以分为……

短期、中期和长期。在不久的将来，改进型铅酸电池和镉镍电池是主要的，MH-Ni电池和Na-S电池是中期的主要电池，锂离子电池和燃料电池是长期的主要电池。

目前，越来越多的研究人员选择锂离子电池作为电动汽车的动力电池，因为锂离子动力电池具有以下优点：工作电压高（是镍镉电池的三倍）；比能量大（高达165WH/㎏, 是镍氢电池的三倍）；体积小；重量轻；循环寿命长；自放电率低；无记忆效应；无污染等。如果使用锂离子电池，很难降低电动汽车的成本。磷酸铁锂电池也是锂电池的一种，其比能不到钴氧化物锂电池的一半，但其安全性高，循环次数可达2000次，放电稳定，价格低廉，已成为汽车动力的新选择。

国际电池企业

日前，根据相关数据显示，全球有20多家汽车锂电池制造商，而日本处于世界前列，包括A123和JohnsonControls）

美国。中国的比亚迪、韩国的LG化学，仅日本就有十几家相关公司，如东芝、日立、NEC、GSYuasa、松下公司和松下公司。

根据中国投资咨询产业研究中心的数据，目前用于混合动力电动汽车的镍氢电池大多由日本公司制造。日本的丰田和本田主导着混合动力电动汽车的相关技术，它们在世界市场的份额超过85%。

由于开发用于汽车的移动电池需要很长时间，因此汽车制造商和电池公司之间的合作是最重要的。在韩国，现代汽车和LG化学公司已经联合开发和合作了5年多。今年7月，现代汽车即将推出伊兰特液化石油气混合动力电动汽车。此外，LG化学公司已成为通用汽车在美国内置混合动力汽车中使用的电池的开发合作伙伴，两家公司正在着手联合开发。

因此，韩国和日本公司在技术方面的竞争变得更加激烈。从1992年到2001年的十年里，日本已投资166亿日元开发用于储存电力和小型电动汽车的锂电池。2002年至2006年，53亿日元也被投资于燃料电池汽车用锂电池的开发。今年，日本汽车公司、电池公司等相关企业联合发布了开发第二代汽车移动电池的开发计划。从去年到2011年，将投资110亿日元开发第二代汽车电池系统。研发的目标是开发一种性能提高50%、价格仅为七分之一的全新电池。

自2004年以来，韩国公司，主要是现代汽车公司和LG化学公司，已投资160亿韩元开发用于混合动力电动汽车的高产量锂电池，作为第二代电池增长动力产业的一部分。此外，去年，韩国知识经济部决定在5年内协助400亿韩元开发内置混合动力电动汽车的移动电池及相关系统，并于2013年开始批量生产。与此同时，本届政府已将环保汽车产业选为新的支柱产业。政府的目标是在未来成为世界上绿色汽车生产领域最大的四个国家之一。

根据德意志银行的一项调查，汽车制造商最愿意与以下10家公司合作开发汽车用锂电池：1）JohnsonControls Saft（johnson controls和Saft的合资企业）；2） A123系统公司（由麻省理工学院、通用电气等投资，与大陆集团合作）；3） LG化学（该公司在美国有一个子公司Compact Power）；4） enerdel（ener1和德尔福的合资企业）；5） AESC（日产和NEC的合资企业）；6） PEVE（丰田和松下的合资企业）；7） GS汤浅；8） 日立公司；9） 三洋电机；

10） 三星。

权威替代能源网站GreenCarCongress的编辑MichaelMillikin预测，未来汽车锂电池的“三大”制造商将是：1）PEVE、2）AESC和3）LG化学。这些供应商大多与至少两家汽车制造商签订了合同，全球几家主要汽车制造商通常会选择至少两家锂电池供应商。

中国电池企业现状

动力电池研发产品主要性能处于国际先进水平，电池产业基础雄厚，但一些薄弱环节亟待解决。我国动力电池关键技术、关键材料和产品研发取得重大进展，整体水平可与日本、美国、德国等国际先进水平相媲美。比亚迪、力神、雷天开发的两类多系列镍氢和锂离子动力电池的能量密度和功率密度（能量密度和动力密度是指单位重量的能量和功率，前者决定电动汽车的续航里程和重量，后者决定汽车的功率）。在电催化剂、复合膜和双极板等关键材料方面也取得了重要进展。电动汽车大致可分为三类：混合动力汽车、燃料电池汽车和电动汽车。电动汽车电池普遍存在问题。

电池及其管理系统是电动汽车的关键技术之一。过去几年，大多数企业在电动汽车的发展中都遇到了尴尬，主要是由于使用了铅酸、镍镉、镍氢电池等。现在，经过研究和实验比较，用更高能量密度的锂离子电池取代铅和镍氢电池正成为一项核心技术。它具有重量轻、储能大、功率大、无污染、无二次污染、使用寿命长、自放电系数小、温度适应性广等优点，是电动自行车、电动摩托车、电动汽车和电动卡车的理想车载电池。缺点是价格高，安全性差。然而，现有技术中已经开发出了锰酸锂、磷酸亚铁锂和磷酸钒锂等新材料，这大大提高了锂离子电池的安全性并降低了成本。

锂离子电池产业化趋势

随着成本的大幅降低和性能的大幅提高，许多汽车制造商已经开始使用锂离子电池。例如，富士重工与NEC合作开发了一种廉价的Cell锰锂离子电池（锰酸锂电池），该电池具有安全性高、制造成本低的特点，在车辆环境中的使用寿命高达12年10万公里，相当于纯电动汽车。除了体积小、容量大之外，东芝开发的快速充电锂离子电池采用了可以使纳米粒子均匀的固定技术，使锂离子能够均匀地吸附在电池的负极上，并可以在一分钟内充电到其容量的80%，六分钟后充满电。美国主要电池工厂江森自控于2005年9月在威斯康星州密尔沃基设立了一个研发基地，并于2006年1月再投资50%的资本，与法国电池工厂Saft共同建立江森自控Saft先进电源解决方案（JCS）。2006年8月，JCS承担了由美国能源部牵头的为期两年的美国ABC（美国先进电池联盟）纯电动汽车锂离子电池研发计划合同，并与汽车工厂签署了提供大功率锂离子电池的合同。

目前，世界上主要有以下类型的动力电池：

1.铅酸蓄电池

铅酸蓄电池已有100多年的历史，被广泛用作内燃机汽车的起动电源。它也是一种成熟的电动汽车电池，目前采用率约为8%~90%。它具有良好的可靠性、易于获得的原材料和低廉的价格；比功率基本可以满足电动汽车的功率要求。但它有两个主要缺点；首先，比能量低，质量和体积太大，一次充电的里程短；

另一个是使用寿命短，使用成本高。

镍镉/镍镉电池

目前，镍镉电池的应用仅次于铅酸电池。它的比能量可以达到55瓦时/公斤，比功率超过190瓦时/千克，可以快速充电，循环寿命更长，是铅酸电池的两倍多，可以达到2000多倍，但价格是铅酸蓄电池的4-5倍。虽然它的初始购买成本很高，但由于其在色容量和使用寿命方面的优势，其长期实际使用成本并不高。使用过程中应注意回收利用，避免重金属镉对环境造成污染。

2.镍氢电池

镍氢电池和镍镉电池一样属于碱性电池，其特性与镍镉电池相似，但镍氢电池不含镉和铜，因此不存在重金属污染的问题。目前，生产电动汽车用镍氢电池的公司主要是Ovonie公司，该公司拥有80A?h和130A?h两种单元电池，因此构成了30kw?h和50kw?h两个规格的电池。其比能量为75-80Wh/kg，比功率为160-230W/kg，循环寿命超过600次。这种电池已经安装在几辆电动汽车上试用，其中一辆一次充电可以行驶345公里，还有一辆一年行驶超过8万公里。由于价格高，它还没有大规模生产。据估计，随着镍氢电池技术的发展，其比能量可超过80Wh/kg，循环寿命可超过2000次，其预期价格可降至150美元/kWh。通用汽车公司已将其作为未来几年电动汽车的优先电池。

3.钠硫电池

钠硫电池也是近期电动汽车的热门电池，美国福特汽车公司的Mnivan电动汽车使用钠硫电池。它已被美国先进电池联合会（USMABC）列为中期开发中的电动汽车电池。德国ABB公司生产的B240K钠硫电池质量为17.5kg，存储容量为19.2Kw?h

。比能量达到109瓦时/公斤，循环寿命为1200次，最佳汽车在负载测试中无故障运行2300公里。钠硫电池主要存在严重的高温腐蚀和电池寿命短的问题。性能稳定性和使用安全性都不理想。

4.锂电池

锂电池有很多种，如彩色锂离子电池、高温锂熔盐电池、锂聚合物电池和聚合物固体电解质电池。锂离子电池的比能量理论值为570Wh/kg，其目前的性能指标为：比能量为100Wh/K8，比功率为200w/kg，循环寿命为1200次，充电时间为2-4小时。

5、锌空气电池

锌-空气电池的潜在比能量约为200瓦时/千克。美国DEMI公司为电动汽车开发的锌空气电池的比能已达到约160瓦时/公斤，但仍存在寿命短、比功率低、无法输出大电流、充电困难等缺点。美国的CRX电动汽车配备了锌空气电池。为了弥补它的不足，该车还配备了镍镉电池，以帮助汽车启动和加速。CRX汽车的锌空气电池组质量为340公斤，充满电时可储存45千瓦时的能量，而CRX重量为159公斤的镍锡电池充满电时的能量为4千瓦时。充电12分钟可使CRX电动汽车行驶65公里，充电1小时可行驶160公里。

6.飞轮蓄电池

飞轮电池是20世纪90年代提出的一种新概念电池。它突破了化学电池的限制，使用物理方法来储存能量。众所周知。当飞轮以一定的角速度旋转时，它具有一定的动能。飞轮电池通过其动能转化为电能。高科技飞轮用于储存电能，很像标准电池。飞轮蓄电池中有一个电机。充电时，电机以电机的形式运行。在外部电源的驱动下，电机驱动飞轮高速旋转，也就是说，给飞轮电池充电可以提高飞轮的转速，从而提高其功能。放电时，电机作为发电机运行，由飞轮驱动输出电能，完成机械能（动能）到电能的转换。当飞轮电池通电时，飞轮的转速逐渐降低。飞轮在真空环境中运行，转速极高（最高可达200000 r/min）。所使用的轴承是非接触式磁性轴承。据称，飞轮电池的比能量为150瓦时/公斤，比功率为5000-10000瓦/公斤，使用寿命为25年，可用于电动汽车行驶500万公里。美国飞轮系统公司成功地将一辆克莱斯勒LHS汽车改装成了一辆带有新开发的飞轮池的电动汽车，一次充电可行驶600公里，从96公里/小时加速的时间为6.5秒。

7.燃料电池

燃料电池是一种通过电极反应将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它不经过热机过程，也不受热循环的限制，因此能量转换效率高。燃料电池的化学能转换效率理论上可以达到100%，实际效率达到60%~80%，是普通内燃机的2-3倍。目前用于电动汽车的燃料电池是一种质量交换膜燃料电池（PEMFC），它使用纯氢作为燃料，空气作为氧化剂。1993年，在加拿大温哥华科学技术展览会上，加拿大BALLABC公司推出了世界上第一辆由PEMFC电池供电的电动公交车。有20名乘客，可行驶160公里/小时，最高速度为72.2公里/小时。梅赛德斯-奔驰还开发了一种由质子交换膜燃料电池供电的电动汽车。

从下个世纪的主导产业来看，汽车行业重点关注污染等主导能源两个方面，从轻量化车身、铝合金发动机、钢制混合燃料发动机、可充电电池电动汽车等角度来看，各大汽车展开了激烈的竞争。本文重点介绍了国外电动汽车电池的现状。

[第页]

几种主要电动汽车电池的发展趋势

目前，人们普遍认为，实践发展的重点和目标可以分为……

短期、中期和长期。在不久的将来，改进型铅酸电池和镉镍电池是主要的，MH-Ni电池和Na-S电池是中期的主要电池，锂离子电池和燃料电池是长期的主要电池。

目前，越来越多的研究人员选择锂离子电池作为电动汽车的动力电池，因为锂离子动力电池具有以下优点：工作电压高（是镍镉电池的三倍）；比能量大（高达165WH/㎏, 是镍氢电池的三倍）；体积小；重量轻；循环寿命长；自放电率低；无记忆效应；无污染等。如果使用锂离子电池，很难降低电动汽车的成本。磷酸铁锂电池也是锂电池的一种，其比能不到钴氧化物锂电池的一半，但其安全性高，循环次数可达2000次，放电稳定，价格低廉，已成为汽车动力的新选择。

国际电池企业

日前，根据相关数据显示，全球有20多家汽车锂电池制造商，而日本处于世界前列，包括A123和JohnsonControls）

美国。中国的比亚迪、韩国的LG化学，仅日本就有十几家相关公司，如东芝、日立、NEC、GSYuasa、松下公司和松下公司。

根据中国投资咨询产业研究中心的数据，目前用于混合动力电动汽车的镍氢电池大多由日本公司制造。日本的丰田和本田主导着混合动力电动汽车的相关技术，它们在世界市场的份额超过85%。

由于开发用于汽车的移动电池需要很长时间，因此汽车制造商和电池公司之间的合作是最重要的。在韩国，现代汽车和LG化学公司已经联合开发和合作了5年多。今年7月，现代汽车即将推出伊兰特液化石油气混合动力电动汽车。此外，LG化学公司已成为通用汽车在美国内置混合动力汽车中使用的电池的开发合作伙伴，两家公司正在着手联合开发。

因此，韩国和日本公司在技术方面的竞争变得更加激烈。从1992年到2001年的十年里，日本已投资166亿日元开发用于储存电力和小型电动汽车的锂电池。2002年至2006年，53亿日元也被投资于燃料电池汽车用锂电池的开发。今年，日本汽车公司、电池公司等相关企业联合发布了开发第二代汽车移动电池的开发计划。从去年到2011年，将投资110亿日元开发第二代汽车电池系统。研发的目标是开发一种性能提高50%、价格仅为七分之一的全新电池。

自2004年以来，韩国公司，主要是现代汽车公司和LG化学公司，已投资160亿韩元开发用于混合动力电动汽车的高产量锂电池，作为第二代电池增长动力产业的一部分。此外，去年，韩国知识经济部决定在5年内协助400亿韩元开发内置混合动力电动汽车的移动电池及相关系统，并于2013年开始批量生产。与此同时，本届政府已将环保汽车产业选为新的支柱产业。政府的目标是在未来成为世界上绿色汽车生产领域最大的四个国家之一。

根据德意志银行的一项调查，汽车制造商最愿意与以下10家公司合作开发汽车用锂电池：1）JohnsonControls Saft（johnson controls和Saft的合资企业）；2） A123系统公司（由麻省理工学院、通用电气等投资，与大陆集团合作）；3） LG化学（该公司在美国有一个子公司Compact Power）；4） enerdel（ener1和德尔福的合资企业）；5） AESC（日产和NEC的合资企业）；6） PEVE（丰田和松下的合资企业）；7） GS汤浅；8） 日立公司；9） 三洋电机；10） 三星。

权威替代能源网站GreenCarCongress的编辑MichaelMillikin预测，未来汽车锂电池的“三大”制造商将是：1）PEVE、2）AESC和3）LG化学。这些供应商大多与至少两家汽车制造商签订了合同，全球几家主要汽车制造商通常会选择至少两家锂电池供应商。

中国电池企业现状

动力电池研发产品主要性能处于国际先进水平，电池产业基础雄厚，但一些薄弱环节亟待解决。我国动力电池关键技术、关键材料和产品研发取得重大进展，整体水平可与日本、美国、德国等国际先进水平相媲美。比亚迪、力神、雷天开发的两类多系列镍氢和锂离子动力电池的能量密度和功率密度（能量密度和动力密度是指单位重量的能量和功率，前者决定电动汽车的续航里程和重量，后者决定汽车的功率）。在电催化剂、复合膜和双极板等关键材料方面也取得了重要进展。

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