EV/HEV：动力型锂离子电池最大潜在市场

天津力神电池股份有限公司 莫治波 苏金然

近年来，动力型锂离子电池受到人们的广泛关注，已广泛应用于电动工具、动力玩具领域，并在EV(电动汽车)/HEV(混合动力电动汽车)、电动皮划艇、电动自行车等领域有潜在的应用前景。

锰酸锂和磷酸铁锂在动力锂离子电池领域受追捧

阻碍动力型锂离子电池广泛应用于EV/HEV，甚至电动自行车的两个因素是：锂离子电池的安全性以及锂离子电池的价格。

动力型锂离子电池最大的潜在市场是EV/HEV市场，目前批量生产的混合动力汽车多采用镍氢电池，但由于锂离子电池在新材料及安全等关键技术上的突破，使得能量更高，重量更轻的锂离子电池在EV/HEV领域受到更多的关注。丰田、德国戴姆勒公司、通用汽车、本田、福特汽车都有计划在混合电动车或纯电动车中使用锂离子电池。2007年年底，日本东芝宣布可批量生产EV/HEV用锂离子电池“SCiB”；大陆集团也计划在2008年开始生产EV/HEV锂离子电池；总部位于法国Nersac的江森自控-Saft公司专门从事混合动力、插电式、燃料电池和电动车等先进锂离子电池的制造，是全球首家同类工厂。

对于动力电池的商业化的广泛应用而言，价格也是一个非常重要的因素，普通消费者很难接受电池的价格占整个产品价格非常高的比例。以电动自行车为例，市场上一辆铅酸电池电动自行车为1500元左右，而一组36V、12Ah铅酸电池价格在400元～500元之间；但如果换作同样电压及容量的锂离子电池，那么电池的价格在1000元左右，并且锂离子电池要求的保护电路板也价格不低。而随着电池材料所用的钢材、钴镍等金属价格的不断上涨，锂离子电池的生产成本也在逐年提高，所以资源更加丰富、价格更有优势的锰酸锂和磷酸铁锂在动力型锂离子电池领域受到追捧。

安全性能容量等五方面衡量动力型锂离子电池技术

从技术要求而言，传统的能量型锂离子电池，在安全性能、容量、循环寿命三者之间寻找一个平衡点，而对于功率型的电池而言需要在安全性能、容量、循环寿命、高倍率放电性能、温升特性这5个方面来衡量。

安全性要求

锂离子电池的安全性，是电池研发设计、生产，以及使用中需要放在第一位考虑的，近年来的“索尼电池门事件”，手机电池伤人事件，以及由安全隐患带来的大规模电池召回案，给电池工业带来很大的反思。动力锂离子电池也不例外，动力锂离子电池通常为组合使用，在EV/HEV应用领域，电池容易发热，由于目前大多数锂离子电池在高温工作环境下，都存在潜在的安全隐患，如果电池温度达到130℃以上，电池就有发生着火爆炸的可能，这将导致用电设备的严重损害，并危及使用者的生命安全。对于锂离子电池而言主要的安全失效模式有以下几点：内部短路、外部短路、环境热失控及过充。

1.内部短路。锂离子电池内部短路的方式是最为复杂的，对于传统的锂离子电池而言，主要形式有铝箔与铜箔、铝箔与负极粉料、铜箔与正极粉料、正极粉料与负极粉料等等，表现为点与点、面与面、及点与面的方式，在进行电池结构设计时，对于可能发生的短路危险部位要有充分的估计与防范措施。

2.外部短路、环境热失控。主要是在PACK(电池组)及外部电路板设计方面需要考虑的，一般动力电池的PACK中有温度监控的电子器件单元。

3.过充。过充本身会给电池带来安全事故，而且如果电池被过充，上述所列的几种失效模式下发生电池着火、爆炸的可能性将急剧增大。对于过充的防范手段主要有两种途径：一是电芯本身在机械结构方面有防过充的功能结构；二是通过外部充电器来实现，一般动力锂离子电池大多同时拥有这两种过充防范手段。

容量要求

锂离子电池的容量，实际应用中电池的使用时间与电池的能量直接相关，所以在动力锂离子电池领域，人们更喜欢用电池能量来代替电池容量。目前的商用锂离子电池，电池容量与电池安全性能是一对矛盾体。对于动力型锂离子电池而言，其在容量方面的压力相对笔记本或手机电池等能量型电池要小一些，因为动力型锂离子电池的应用领域在很大程度上是替代传统的铅酸电池、镉镍电池以及镍氢电池，电池在体积密度、质量密度上的压力远小于能量型锂离子电池。所以我们在做动力锂离子电池设计时，通常牺牲一些电池容量，而选择一些容量相对较低、安全性更好的电极材料，如锰酸锂和磷酸铁锂。当然在小型号的动力锂离子电池方面，有的电池生产商也采用了高容量材料与低容量材料共混的方式以获得更好的功率性能和较高的容量。

循环寿命

循环寿命对于动力型锂离子电池而言，主要体现在电池组在高倍率下使用的循环寿命。这对单体电池的一致性与可靠性提出了很高的要求。这就要求在单体电池的设计方面，不能单纯地为了提高单体电池的倍率性能和循环性能，而使得电极结构过于复杂，从而影响电池生产的一致性与可靠性，串联电池组的性能取决于性能最差的那个单体电池。

高倍率放电及温升特性

高倍率放电性能和温升特性是功率型电池区别于能量型电池的主要特征。减小电池直流内阻是提高电池高倍率放电性能及温升特性的主要手段，而动力锂离子电池的温升特性也是动力锂离子电池应用失效中最常见的原因。