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美國能源部（DOE）的James A.Barnes博士在EVS25先進(jìn)電池技術(shù)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(fā)預(yù)算為1.52億美元，“能源恢復(fù)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(tǒng)等9家企業(yè)在鋰離子電池制造方面合計投資也已達(dá)27.55億美元。不過，對鋰電子電池的外形、規(guī)格、容量、化學(xué)、安全性能方面還沒有國家標(biāo)準(zhǔn)。 日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）氫能技術(shù)開發(fā)部儲能技術(shù)開發(fā)室丸山陽一也表示，在日本，動力電池的國家標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，目前的研發(fā)和制造主要是一些企業(yè)行為。2010年，NEDO的科技預(yù)算為26.1億美元，不過他沒有透露動力電池的具體研發(fā)數(shù)額。 2010～2014年，日本電池行業(yè)及材料行業(yè)將采用共同的評估方法，行業(yè)間的有效反饋機(jī)制有助于加速新型電池材料的研發(fā)。NEDO的動力電池研發(fā)目標(biāo)如圖1和圖2所示。 圖1 NEDO的動力電池研發(fā)目標(biāo) 圖2 下一代高性能電池系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo) 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(chuàng)新（RISING）項目，該項目共包括43個課題（見圖3）。其目標(biāo)是基于化學(xué)方法、前沿評估與分析，研究鋰離子電池的基本反應(yīng)原理和反應(yīng)機(jī)制，改進(jìn)電池的可靠性和性能，掌握實現(xiàn)創(chuàng)新性電池的基礎(chǔ)技術(shù)。為此，在京都大學(xué)成立了電池研發(fā)中心（I-BARD），支持產(chǎn)業(yè)界、研究機(jī)構(gòu)、政府間的合作。 圖3 下一代高性能電池系統(tǒng)的開發(fā)包括43個課題 另外，NEDO于2010年進(jìn)行了使用新能源和電網(wǎng)相連的儲能系統(tǒng)研究項目（見圖4）。這種高性能儲能系統(tǒng)即智能社區(qū)，其中包含高效率的電能供應(yīng)和創(chuàng)新的生活方式等。電池系統(tǒng)被安裝在指定地區(qū)，如工業(yè)區(qū)和居民區(qū)等。儲能系統(tǒng)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(tǒng)可消除太陽能和風(fēng)能發(fā)電的不穩(wěn)定性，可再生能源動力電池與電網(wǎng)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(wǎng)的儲能系統(tǒng)情況 對于中國的動力電池標(biāo)準(zhǔn)，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(nèi)已建立了一些測試規(guī)范，并在此基礎(chǔ)上提出了關(guān)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(qiáng)制性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（見圖5），所有動力電池在實際商用前必須進(jìn)行這些強(qiáng)制性的檢驗。同時，也在制定一些新的標(biāo)準(zhǔn)，包括電池標(biāo)準(zhǔn)化，安全性、循環(huán)壽命、電池系統(tǒng)要求，以及充電站、充電樁方面的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（見圖6）。中國“十二五”期間動力電池的研發(fā)重點如圖7所示。 圖5 中國目前的動力電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 圖6 中國將要制定的動力電池國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 圖7 中國十二五期間動力電池的研發(fā)重點 在電池國際標(biāo)準(zhǔn)化方面，JARI（日本汽車研究所）與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)(1SO)和國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)(IEC)有一些合作（見圖8），目前在跟蹤鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn)化工作，致力于電池測試流程的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)主要針對電池組或系統(tǒng)的測試，IEC主要針對各個不同參數(shù)之間的測試。這兩個標(biāo)準(zhǔn)之間需要協(xié)調(diào)一致。 圖8 JARI與IEC和ISO的合作 日產(chǎn)汽車JARI（日本汽車研究所）電池標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化測試IEC 62660-1，以及電池安全性方面的測試標(biāo)準(zhǔn)化IEC 62660—2，在安全性方面，日本有自己的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)�！� 日產(chǎn)汽車JARI（日本汽車研究所）電池標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化測試IEC 62660-1，以及電池安全性方面的測試標(biāo)準(zhǔn)化IEC 62660-2，在安全性方面，日本有自己的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。 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(xiàn)。這些標(biāo)準(zhǔn)將會為鋰電池的實驗提供更多的標(biāo)準(zhǔn)，同時有助于更多了解鋰電池組或系統(tǒng)的設(shè)計，及時發(fā)現(xiàn)不足。 另外，飯山明裕強(qiáng)調(diào)，不同鋰電池材料的特性都不一樣，電池組或系統(tǒng)的設(shè)計要因車而異，標(biāo)準(zhǔn)測試流程與條件要適合于每種電池組或系統(tǒng)（見圖9）。 圖9 鋰電池組或系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)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(fā)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(rèn)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(fù)快速充放電、價格低廉、環(huán)保，生產(chǎn)原料充分，已經(jīng)規(guī)�；⑸a(chǎn)的優(yōu)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(tài)下不穩(wěn)定、易燃易爆的缺點。據(jù)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(zé)任擔(dān)保，若發(fā)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(fā)的稀土鋰釔電池 鐘馨稼指出，電池快速充電是純電動車發(fā)展的關(guān)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(zhì)量能量密度150-190Wh/kg，可以進(jìn)行20分鐘恒流充電。稀土鋰硫電池的質(zhì)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(lián)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�，F(xiàn)在生產(chǎn)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(jù)悉，稀土鋰硫電池將在2012年開始批量生產(chǎn)。 他還建議電動車由正極和負(fù)極兩根線充電，這意味著大電流充電�？梢栽�5分鐘、10分鐘、20分鐘充電后連續(xù)行駛300、600、2000公里。對于充電站建設(shè)，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(tài)度。他認(rèn)為，快速充電五分鐘后能行駛300公里，這相當(dāng)于每公里200瓦，對電網(wǎng)、動力傳送系統(tǒng)及電池都是一個很大的挑戰(zhàn)。盡管這個技術(shù)非常先進(jìn)，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(fā)現(xiàn)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(chǎn)質(zhì)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(chǎn)質(zhì)量的問題。這是因為LTO的材料具有下述優(yōu)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(huán)周期為25000次，是傳統(tǒng)鋰電池的10倍（見圖12）；擁有專利的環(huán)形電池設(shè)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(tǒng)鋰電池能量密度的50～60%。 圖12 珠海銀通LTO動力電池循環(huán)周期 圖13 珠海銀通擁有專利的環(huán)形電池設(shè)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(chǎn)LTO。因為LTO目前生產(chǎn)成本非常高，行業(yè)很難投入使用。在中國規(guī)模生產(chǎn)之后，成本肯定會降低。 薛嘉漁也提出了家庭能源存儲系統(tǒng)（FES）計劃，把太陽能板和風(fēng)能等可再生能源產(chǎn)生的電能存儲在家庭能源存儲系統(tǒng)中，為動力電池供電。看來，可再生能源儲能充電系統(tǒng)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(fù)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(shù)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。 |
