|
美國能源部（DOE）的James A.Barnes博士在EVS25先進電池技術研討會上表示，2010年，美國能源部在動力電池及材料方面的研發預算為1.52億美元，“能源恢復法案基金”在動力電池制造方面的投資額為15億美元，江森自控及A123系統等9家企業在鋰離子電池制造方面合計投資也已達27.55億美元。不過，對鋰電子電池的外形、規格、容量、化學、安全性能方面還沒有國家標準。 日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）氫能技術開發部儲能技術開發室丸山陽一也表示，在日本，動力電池的國家標準正在制定中，目前的研發和制造主要是一些企業行為。2010年，NEDO的科技預算為26.1億美元，不過他沒有透露動力電池的具體研發數額。 2010～2014年，日本電池行業及材料行業將采用共同的評估方法，行業間的有效反饋機制有助于加速新型電池材料的研發。NEDO的動力電池研發目標如圖1和圖2所示。 圖1 NEDO的動力電池研發目標 圖2 下一代高性能電池系統的發展目標 NEDO于2009年7月啟動了一項為期5年的下一代動力電池科技創新（RISING）項目，該項目共包括43個課題（見圖3）。其目標是基于化學方法、前沿評估與分析，研究鋰離子電池的基本反應原理和反應機制，改進電池的可靠性和性能，掌握實現創新性電池的基礎技術。為此，在京都大學成立了電池研發中心（I-BARD），支持產業界、研究機構、政府間的合作。 圖3 下一代高性能電池系統的開發包括43個課題 另外，NEDO于2010年進行了使用新能源和電網相連的儲能系統研究項目（見圖4）。這種高性能儲能系統即智能社區，其中包含高效率的電能供應和創新的生活方式等。電池系統被安裝在指定地區，如工業區和居民區等。儲能系統項目對于今后采用可再生能源充電的電動車意義重大，儲能系統可消除太陽能和風能發電的不穩定性，可再生能源動力電池與電網相連，可將夜間的便宜電能用于白天的峰值時段。 圖4 與新能源相連的電網的儲能系統情況 對于中國的動力電池標準，科技部863項目新能源汽車專家組的肖成偉表示，目前，在國家863項目內已建立了一些測試規范，并在此基礎上提出了關于鎳氫電池、鋰離子電池、鉛酸電池和超級電容器的4個國家強制性的行業標準（見圖5），所有動力電池在實際商用前必須進行這些強制性的檢驗。同時，也在制定一些新的標準，包括電池標準化，安全性、循環壽命、電池系統要求，以及充電站、充電樁方面的國家標準或行業標準（見圖6）。中國“十二五”期間動力電池的研發重點如圖7所示。 圖5 中國目前的動力電池行業標準 圖6 中國將要制定的動力電池國家標準和行業標準 圖7 中國十二五期間動力電池的研發重點 在電池國際標準化方面，JARI（日本汽車研究所）與國際標準化組織標準(1SO)和國際電工委員會標準(IEC)有一些合作（見圖8），目前在跟蹤鋰離子電池的標準化工作，致力于電池測試流程的標準化，包括容量、功率、功效、存儲、周期、沖擊測試、高溫性能、外部短路、過充電等。ISO的標準主要針對電池組或系統的測試，IEC主要針對各個不同參數之間的測試。這兩個標準之間需要協調一致。 圖8 JARI與IEC和ISO的合作 日產汽車JARI（日本汽車研究所）電池標準化工作組主席飯山明裕博士表示，JARI與IEC建立了共同工作組，主要圍繞電池性能的標準化測試IEC 62660-1，以及電池安全性方面的測試標準化IEC 62660—2，在安全性方面，日本有自己的標準SAEJ2929。JARI與ISO的合作主要集中在ISO12405，包括混合動力車和純電動車的標準。 日產汽車JARI（日本汽車研究所）電池標準化工作組主席飯山明裕博士表示，JARI與IEC建立了共同工作組，主要圍繞電池性能的標準化測試IEC 62660-1，以及電池安全性方面的測試標準化IEC 62660-2，在安全性方面，日本有自己的標準SAEJ2929。JARI與ISO的合作主要集中在ISO12405，包括混合動力車和純電動車的標準。 IEC 62660—1和IEC 62660—2分別定義了混合動力車和純動力車鋰電池的性能、可靠性，以及在拉力測試下的表現。這些標準將會為鋰電池的實驗提供更多的標準，同時有助于更多了解鋰電池組或系統的設計，及時發現不足。 另外，飯山明裕強調，不同鋰電池材料的特性都不一樣，電池組或系統的設計要因車而異，標準測試流程與條件要適合于每種電池組或系統（見圖9）。 圖9 鋰電池組或系統的標準化概念 稀土鋰釔電池 在電池材料方面，中國深圳中聚雷天開發了稀土鋰釔電池（見圖10）和稀土鋰硫電池。其董事局主席鐘馨稼認為，稀土鋰電池完全可以代替石油作為清潔能源汽車的電池。因為稀土鋰電池具有反復快速充放電、價格低廉、環保，生產原料充分，已經規模化、生產的優勢。另外，稀土鋰電池的耐高溫特性解決了鋰元素在高溫狀態下不穩定、易燃易爆的缺點。據稱，美國AIG旗下的亞美保險公司和AXA保險公司已為稀土鋰釔電池提供責任擔保，若發生安全問題，最高一次賠償額是200萬元人民幣。 圖10 中聚雷天開發的稀土鋰釔電池 鐘馨稼指出，電池快速充電是純電動車發展的關鍵。全球各種常用動力電池性能比較如表1所示。稀土鋰釔電池質量能量密度150-190Wh/kg，可以進行20分鐘恒流充電。稀土鋰硫電池的質量能量密度為1200 Wh/kg（見表2）。TS-LFP700AHA型稀土鋰釔電池充放電曲線如圖11所示。 圖11 TS-LFP700AHA型稀土鋰釔電池充放電曲線 目前，意大利、芬蘭、丹麥、俄羅斯、美國、日本、韓國、阿聯酋、英國、德國、法國、以及中國的部分新能源電動車已在使用稀土鋰釔電池。現在生產的稀土鋰釔電池價格大約610元人民幣/kWh，合90美元/kWh，稀土鋰硫電池價格590元人民幣/kWh，合86美元/kWh。據悉，稀土鋰硫電池將在2012年開始批量生產。 他還建議電動車由正極和負極兩根線充電，這意味著大電流充電。可以在5分鐘、10分鐘、20分鐘充電后連續行駛300、600、2000公里。對于充電站建設，鐘馨稼贊同NEDO丸山陽一提出的觀點，即采用能夠削峰填谷的儲能充電站。他表示，除自身已擁有2座這類充電站外，美國、意大利、英國也都在用雷天的儲能充電站。 不過，美國能源部的James A.Barnes博士對稀土鋰電池的實際商用性能持保留態度。他認為，快速充電五分鐘后能行駛300公里，這相當于每公里200瓦，對電網、動力傳送系統及電池都是一個很大的挑戰。盡管這個技術非常先進，在理論上行得通，但并不代表在實際中可以行得通。鋰鈦氧化物材料 珠海銀通的薛嘉漁指出了動力電池開發現在面臨五個主要問題，第一是安全，第二是一致性，第三是高速率充電能力，第四是生命周期，第五是一致性量產質量。 下一代電池的新材料鋰鈦氧化物（LTO）可以解決動力電池組一致性量產質量的問題。這是因為LTO的材料具有下述優勢：安全性，其電化潛能是1.5V，超過鋰，所以沒有鋰的危險性高，在充電時膨脹小；循環周期為25000次，是傳統鋰電池的10倍（見圖12）；擁有專利的環形電池設計（見圖13），具有很好的散熱功能及高、低溫特性，即使在-30℃低溫下仍可充到40%的電量。高倍率充放電特性如圖14所示。不過，LTO的能量密度比較小，約為傳統鋰電池能量密度的50～60%。 圖12 珠海銀通LTO動力電池循環周期 圖13 珠海銀通擁有專利的環形電池設計 圖14 珠海銀通LTO動力電池高倍率充放電特性 珠海銀通表示會在中國成立一個制造基地生產LTO。因為LTO目前生產成本非常高，行業很難投入使用。在中國規模生產之后，成本肯定會降低。 薛嘉漁也提出了家庭能源存儲系統（FES）計劃，把太陽能板和風能等可再生能源產生的電能存儲在家庭能源存儲系統中，為動力電池供電。看來，可再生能源儲能充電系統是中外廠商在EVS25上形成的共識。 Ener1公司純電動車和混合動力車電池的正負極材料分別采用了LMO、硬炭（HC ）和LTO等，基于硬炭/氧化物的純電動車電池的功率密度在2500W/kg以上，插電式混合動力車電池的功率密度在4000W/kg以上。HC/LMO和LTO/LMO材料電池的放電特性如圖15所示。 圖15 Ener1公司HCLMO和LTOLMO材料電池的放電特性 Ener1首席技術官太田直樹表示，LTO材料能量密度比較低，不過散熱性和安全性好，所以適于混合電動車電池。在解決了高壓問題后，就可充分利用其高壓性能，能量密度也可提升。 |
