第一情报--新能源汽车--04期

现状••发展11 ‐  ‐ 1  新新能能源源汽汽车车第第一一情情报报NNeewwEEnneerrggyyVVeehhiicclleess22001100年年0033总总第第44期期上上海海科科学学技技术术情情报报研研究究所所上海行业情报服务网  上海情报服务平台    现状••发展12 ‐  ‐ 2  低碳、新能源、哥本哈根无疑是2009年度的热门话题。作为节能减排的重要领域之一，新能源汽车也当之无愧地成为“耀眼的明星”。尽管对于新能源汽车的发展，业内存在不同的声音，但可以肯定的是，传统汽车的升级换代和技术革新已经势不可挡。关于新能源汽车的界定，目前尚未形成共识。根据工业和信息化部2009年6月17日发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》，新能源汽车则包括混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。《第一情报·新能源汽车》的创刊，旨在提供国内外新能源汽车领域的最新发展动态和政策导向，切实发挥预警、竞合、战略的“第一情报”功能。简报为月刊形式，每月末发布。本期重点介绍新能源汽车中的动力电池技术，包含四个栏目内容：现状·发展，阐述国内外车用动力电池，特别是锂离子电池的发展现状和未来趋势；公司·产品，介绍车用电池领域的代表性公司和最新产品信息；技术·专利，从专利角度聚焦磷酸铁锂电池技术的发展；政策·标准，提供国内外关于车用电池的政策导向和标准资讯。 发发刊刊寄寄语语新能源汽车2010.03.28现状••发展13 ‐  ‐ 3        PPaarrtt11现现状状••发发展展NNooww&&FFuuttuurree车用动力电池发展现状P1锂离子电池关键材料技术P4通用汽车计划2015年量产全新一代燃料电池系统P7A123公司为电动汽车开发锂离子电池系统P7日本电装公司为电动汽车用电池开发新的监测装置P8日本化学公司大量生产汽车锂离子电池用阴极P8LG化学与重庆长安汽车签署初步车用锂电池供应协议P9磷酸铁锂电池专利战在中国悄然打响P10磷酸铁锂中国专利申请量排名（前11）P12车用锂电池的政策和标准P15镍氢电池将成为我国现阶段政策扶持重点P17        PPaarrtt22公公司司••产产品品CCoomm&&PPrroodduucctt      PPaarrtt33技技术术••专专利利TTeecchh&&PPaatteenntt        PPaarrtt44政政策策••标标准准PPoolliiccyy&&SSttaannddaarrdd本本期期目目录录新能源汽车2010.03.28现状••发展1  车用动力电池发展现状在混合动力汽车和纯电动汽车上，动力电池负责储存并为电动机提供电能，其容量（能量密度）决定了汽车的续航能力。 目前动力电池的类型主要有铅酸电池、镍镉电池、镍锌电池、镍氢电池、锂离子电池和超级电容器等。 铅酸电池——最早的车用动力电池。铅酸电池是最早应用为车用动力的电池种类，其技术发展已十分成熟，可靠性高，价格低，在最初的时候成为车载动力电池的重要类型。1859年，普兰特发明了铅酸电池，此后经历了将近150年的历程，铅酸蓄电池的技术也在不断更新，从原来的开口铅酸蓄电池到后来的阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA），技术日趋成熟。尤其是VRLA铅酸蓄电池，结构上全密封，不会漏酸，且拥有可以控制电池内部气体压力的阀，在性能上优于其他铅酸电池，因此一度成为重要的车用动力电池，应用在EV和HEV上。美国通用汽车于20世纪80年代和90年代分别开发出Saturn和EVI电动汽车，使用的是铅酸电池；福特汽车公司在1998年生产的Ranger卡车，使用了阀控式免维护铅酸电池；凯莱斯勒公司也在1998年的EPIC车型上使用了铅酸电池。但由于其比能量低、自放电率高、循环寿命低等缺点，铅酸电池始终无法成为理想的车用电池，正逐渐被其他新型电池所替代。 镍镉电池——污染严重，已被淘汰。镍镉电池于1899年由瑞典科学家W.Jungner发明，曾被广泛应用于移动通讯、家用电器和电动工具方面。镍镉电池具有大电流放电能力强、比能量高、维护简单等优点，因此在车载电池方面也有过尝试。但其有记忆效应严重、使用寿命较短、过度充电易发生爆炸等致命缺点；而且，镍镉电池的制作材料含重金属镉，是一种有毒物质，一旦泄漏容易污染环境，因此许多发达国家已限制发展和使用镍镉电池。目前欧盟已不生产、不使用镍镉电池，并在2003年2月13日通过了《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》（即RoHS指令），规定2006年7月1日以后，在进口的电子电气产品中禁止使用铅、汞、镉、六价铬、聚溴二苯醚和聚溴联苯等六种有害物质。此类电池在车用电池的运用上已基本被淘汰。 现状••发展2  镍锌电池——寿命短成为发展障碍。镍锌电池早在百年前就已成为科学家研究的热点，19世纪末到20世纪初已有许多科学家申请了锌镍电池的专利。而其在车用电池方面的大发展始于20世纪60年代。特别是1973年后，能源危机促进美国大力发展电动车，给予了镍锌电池较大的投资。20世纪80年代初，美国电化学公司改进Zn电极，使锌镍电池循环次数达到600~1000次。日本则研究获得密封锌镍电池专利，并进行了小批量生产。在宇航飞船的研发中，镍锌电池占据了重要地位，又由于镍锌电池与铅酸电池有着很好的兼容性，应用铅酸电池的车辆均可换用镍锌电池，因此，镍锌电池曾被预测为电动车的理想动力电源。但车用镍锌电池仍存在寿命短、锌电极不稳定等问题，加之镍氢和锂离子电池在技术上的突破，使得镍锌电池在汽车用动力电池领域的研发似有消退之势。 超级电容器——续航时间短成瓶颈。超级电容器是20世纪七八十年代发展起来的一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件，具有法拉级的超大电容量，可以大电流充放电，充放电效率高，并且免维护。到上世纪末，先后出现了10,000‐100,000法拉的牵引型超级电容器，使得超级电容器开始进入电池应用市场。韩国现代2008年推出的途胜FCEV混合动力车搭载了燃料电池与超级电容器，使其起动、爬坡、加速性能得到很大提升；俄罗斯已经将超级电容器电动车投入到公交线路上运营，性能良好；美国Maxwell公司所开发的超级电容器已在各种类型电动车上得到良好应用；本田公司在其开发出的第三代和第四代燃料电池电动车FCX‐V3和FCX‐V4中分别使用了自行开发研制的超级电容器来取代二次电池，减少了汽车的重量和体积，使系统效率增加，同时可在刹车时回收能量，测试结果表明，使用超级电容器时燃料效率和加速性能均得到明显提高，启动时间由原来10分钟缩短到10秒。但超级电容器的缺点在于其短暂的续航时间，同等重量的超级电容器，其续驶里程仅为铅酸电池的1/3，使得超级电容器只能作为改善汽车性能和支持动力系统的辅助设备，尚无法成为汽车主动力源。 镍氢电池——混合动力汽车的主力军。镍氢电池是目前应用最为广泛的车用动力电池，尤其在混合动力车领域。相比铅酸电池，它有较高的比能量和比现状••发展3  功率（是普通铅酸电池的2倍），且循环寿命长、无污染，因此倍受各国关注。上世纪，欧美各国以及日本纷纷研制车用镍氢电池。1992年，美国能源部国家电源研究所与三大汽车公司组成的先进电池联盟（USABC）同Ovonic电池公司签订合同，开发电动车用镍氢电池。次年，SAFT与USABC签订1780万美元开发电动车用镍氢电池。德国瓦尔塔公司也开发了WAVE电动车型的车用镍氢电池。最为著名的是丰田1997年推出的Prius混合动力车型，该车采用镍氢电池作为辅助动力能源，成为世界首款批量生产的混合动力轿车，截至2008年4月，全球销售量已超100万辆。丰田并称，其计划于2011年生产的最新一代Prius插入式混合动力车，仍将采用镍氢电池作为其动力源。我国东风汽车2007年9月研制的EQ7200HEV混合动力轿车、已于2009年6月11日上市的长安杰勋HEV所安装的动力系统采用的也都是镍氢电池。 锂离子电池——动力电池的研发新趋势。车用锂离子动力电池是在一次性锂电池基础上发展起来的，是目前纯电动车用电池研发的主要方向。锂离子电池具有无记忆性、自放电率低、环保、高比能量、高比功率等诸多优点。是继镍氢电池之后，最受研发机构和汽车厂商青睐的潜力车载电池。但在20世纪末，锂离子电池的发展受到价格高、稳定性不好等缺点的制约，发展遇到瓶颈。这也是丰田在上世纪90年代弃锂离子电池不用，而选择镍氢电池作为prius混合动力车的车载电池的主要原因。经历了数年的研发之后，锂离子电池在技术上有了质的飞跃，尤其是以磷酸铁锂为正极材料制成的锂离子电池，解决了其不稳定、易爆炸的安全问题，使得锂离子电池再次成为举世瞩目的车用动力电池明星。预计2009年夏季上市的梅赛德斯‐奔驰S400BlueHYBRID混合动力车、于2009年6月4日开始量产的三菱iMiEV电动车都使用锂离子电池作为其动力系统。其他国际上主流汽车公司，如福特、日产、雪佛兰等，都计划于2009～2010年推出基于锂离子电池的电动汽车。以锂离子电池为动力的纯电动汽车已成为国际竞争的热点。 对上述各类车用动力电池性能比较和发展趋势进行总结：超级电容器无法成为汽车主动力源，镍镉电池已基本被淘汰，铅酸电池逐渐被其他新型电池所替代，镍锌电池技术研发也渐显消退之势；而镍氢电池是目前应用最为广泛的现状••发展4  车用动力电池，锂离子电池是继镍氢电池之后最受研发机构和汽车厂商青睐的车载电池。 镍镉电池镍镉电池镍锌电池镍锌电池铅酸电池铅酸电池镍氢电池镍氢电池锂离子电池锂离子电池燃料电池燃料电池产业化易难程度和环保好差程度易差难好混合动力车应用最多的电池类型，性能较好，但价格高，含污染性金属镍。目前车用电池的产业化热点，性能好、环保，价格和安全性有待进一步提升。最早应用作车用电池，目前仍有使用，成本低，但比能量较低、自放电率高、循环寿命低、不环保。尚未产业化，性能好，环保，但价格高昂。寿命短，性能不适应于车用电池。污染严重，已基本被淘汰。基本退出车用电池研发领域  车用动力电池的产业化发展趋势 资料来源：上海科学技术情报研究所（ISTIS）分析制作 锂离子电池关键材料技术车用锂离子动力电池是在一次性锂电池基础上发展起来的，是目前纯电动车用电池研发的主要方向。锂离子电池具有无记忆性、自放电率低、环保、高比能量、高比功率等诸多优点，是继镍氢电池之后，最受研发机构和汽车厂商青睐的潜力车载电池。 锂离子动力电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质等部分组成。目前负极材料的研发和生产已比较成熟。正极材料、隔膜和电解质是锂离子电池的核心材料，占据电池成本的70%；其中又以正极材料附加值最高，约占锂电池成本的30%。这三种核心材料的技术突破，将对锂离子动力电池的性能提升起到重要推动作用。 （1）正极材料 现状••发展5  目前已批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、钴镍锰酸锂（三元材料）以及磷酸铁锂。早期研发的钴酸锂和镍酸锂电池由于含钴和镍，成本较高，而且还存在稳定性不好等缺点的制约，发展遇到瓶颈。新近研发的锰酸锂电池和磷酸铁锂电池技术有了较大进展，解决了不稳定、易爆炸的安全问题，得以在众多电动汽车进行应用。 （2）负极材料 锂离子电池用负极材料包括锂金属、碳材料、锂合金、纳米级材料等。目前最广泛使用的锂离子电池负极材料是碳素材料，产品包括人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等，技术发展较为成熟，而且成本低、无毒。近年来随着对碳材料研究工作的不断深入，已经发现通过多种手段，如对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整，或者使石墨部分无序化，或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，锂在其中的嵌入－脱嵌不但可以按化学计量LiC6进行，而且还可以有非化学计量嵌入－脱嵌，其比容量可大大增加，由LiC6的理论值372mAh/g提高到70