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电动汽车电池相关技术与现状

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摘要

我国提出“十二五”期间的战略重点是新能源汽车产业建设及汽车的节能减排，重点是开展纯电动汽车、插电式混合动力汽车，注重传统汽车技术水平的提升，开展节能汽车，跟踪研究燃料电池汽车技术，适度开展替代燃料汽车。而电池是决定电动汽车性能的第一要素，电池水平逐步提高，电动汽车产业也就相应开展起来。

铅酸蓄电池

铅酸蓄电池的应用历史最长，也是最成熟、本钱售价最低廉的蓄电池。它已实现大批量生产。但它比能量低，自放电率高，循环寿命低。当前存在的主要问题是其一次充电的行程短。

铅酸蓄电池

全新的电池箱材料

更多的极板

高抗扭矩结构

优点

缺点

铅酸蓄电池的开展现状

铅酸电池完全可以用于大多数需要充电电池的领域。因此，铅酸蓄电池一直处于不断的开展之中，相比于20世纪，现在主要改进有：

1〕全新的电池箱材料。由聚丙烯作成的电池箱和盖板非常巩固结实，不受酸、汽油、机油的腐蚀，抗低温、流体和121摄氏度的高温。其壁厚仅为橡胶的1/4，然而在-18摄氏度时，其耐冲击强度为橡胶的20倍，箱体和盖板在热和压力作用下成为一个不可分开的整体。

2〕更多的极板。由于箱体强度高，壁薄，使电池箱内增加了12%的空间，可以放置更多更大的极板酸液可以增加0.473立方分米，比用橡胶作的电池启动快，启动功率大，后备容量也大。

3〕高抗扭矩结构。所有单格电池直接在间壁处联结，缩短了电流路径，降低了内阻，得到了更高的效率和端电压。

阀控式密封铅酸蓄电池〔VRLA〕

它诞生于20世纪70年代，由于VRLA是全密封的，不会漏酸，而且在充放电时不会象老式铅酸蓄电池那样会有酸雾放出来而腐蚀设备，污染环境，所以备受欢送，在世界上广泛使用。

具有以下结构特点：

(1)用新板栅材料

(2)改变正、负极板活性物质电化当量配比

(3)电池为贫液设计

VRLA所具有的优点有

①无酸雾逸出；

②无需定期进行补水；

③比能量大；

④自放电小；

⑤浮充寿命长。

锂离子电池

锂离子电池是指以锂离子嵌入化台物为正极材料的电池的总称。

锂离子电池的工作原理

电池在充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到负极中；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于正负极之间，反响方程式如下

锂离子电池的结构

锂离子电池主要由正负极集流体、正负极材料、隔板、电解液和平安阀等组成。电池的集流体既是与外电路的连接局部，也是正负极材料的载体。它本身是金属，电特性满足欧姆定律，可等效为一定阻值的纯电阻。

锂离子电池的开展现状

第一代车用锂离子电池是锰酸锂离子电池，它本钱低，平安性能好，但循环寿命欠佳，在高温环境下循环寿命更短，高温时会出现锰离子溶出的现象。

第二代是具有美国专利的磷酸铁锂离子电池，是锂离子电池的开展方向，它原材料价格低廉，且磷、铁、锂的资源丰富，工作电压适中，充放电特性好，可快速充电、循环寿命长，高温和热稳定性好，储能特别强，完全无毒。

目前，有很多公司都在进行锂离子电池的研发。如富士重工与NEC开发廉价的锰酸锂电池，具有高平安性，低制造本钱特点，在车载环境下的寿命高达12年，10万km，与纯电动汽车的整车寿命相当。

锂离子电池以其优异的性能已广泛应用于电动汽车中随着技术的不断推进和对其深入的研发，它必将会在电动车应用领域逐步取代铅酸电池、镍电池等电池。

车用燃料电池

碱性燃料电池〔AFC〕

磷酸型燃料电池〔PAFC〕

固体氧化物燃料电池〔SOFC〕

熔融碳酸盐燃料电池〔MCFC〕

质子交换膜燃料电池〔PEMFC〕

质子交换膜燃料电池

以目前应用最广泛的燃料电池——质子交换膜燃料电池为例

其在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂复原的场所，两极都含有加速电极电化学反响的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，阳极即电源负极，阴极即电源正极。

两电极的反响

分别为：

阳极(负极)：2H2-4H++4e-

阴极(正极)：O2+4e-+4H+-2H2O

质子交换膜燃料电池具有如下优点：其发电过程不涉及氢氧燃烧，因而不受卡诺循环的限制，能量转换率高；发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音。所以，质子交换膜燃料电池电源是一种清洁、高效的绿色环保电源。

车用燃料电池的开展现状

燃料电池近些年来取得了很大进展，但由于目前还存在一些难以在短期内解决的技术问题，因此，影响了它的实用化进程。存在的主要问题及难点有以下几个方面：

〔1〕本钱问题

目前，固体高分子交换膜燃料电池还须用贵金属铂作为催化剂。铂俗称白金，不仅价格昂贵，