目前全世界人口總數(shù)已達(dá)60億，估計(jì)到2050年將突破100億（主要來(lái)自于發(fā)展中國(guó)家），伴隨人口的增加，糧食、能源以及環(huán)境污染等都將給社會(huì)帶來(lái)巨大的壓力。如能源問(wèn)題之一的石油，據(jù)推測(cè)現(xiàn)有的儲(chǔ)量?jī)H能開采30～45年，若從人口的增長(zhǎng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)系來(lái)推測(cè)，到2050年，全世界的汽車總量將達(dá)30億臺(tái)（目前的擁有總量為６億臺(tái)），隨之而來(lái)的便是能源的消耗和環(huán)境的污染等問(wèn)題。因此，率先在交通系統(tǒng)減少對(duì)石油的依賴，加速對(duì)新能源和無(wú)污染電動(dòng)車的開發(fā)，已在世界各國(guó)相繼提出。目前的 研究 結(jié)果表明，不管是對(duì)電動(dòng)汽車或是電動(dòng)助動(dòng)車的開發(fā)，欲取得商業(yè)上的成功，就整體技術(shù)難度而言，最關(guān)鍵的仍是動(dòng)力電源。

電動(dòng)車（ＥＶ）用大型蓄電池現(xiàn)狀概要

第一節(jié) 鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池作為電動(dòng)車電源，雖尚有許多不足，但由于其價(jià)格低廉，工藝成熟，特別是近年來(lái)密閉技術(shù)已日趨完善，所以鉛酸蓄電池在動(dòng)力電源中仍占有一席之地。

一、電池的免維護(hù)及密封化

1992年3月國(guó)際鉛酸蓄電池開發(fā)聯(lián)合體制定了電動(dòng)車用鉛酸蓄電池的發(fā)展目標(biāo)，為了達(dá)到上述目標(biāo)，首先就電池的免維護(hù)及密封技術(shù)，從以下幾個(gè)方面做了較多的研討：

①改進(jìn)電池結(jié)構(gòu)使在正極產(chǎn)生的O2能順利向負(fù)極移動(dòng)與H2結(jié)合，減緩內(nèi)壓的上升。

②選用氫過(guò)電位高的板柵，減少H2的折出。

③對(duì)安全閥進(jìn)行改進(jìn)，嚴(yán)防空氣中的O2進(jìn)入。

④電解質(zhì)、載體及隔膜的選擇，讓電解質(zhì)與電極界面有良好接觸，&127；有利電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。

（一）板柵合金的改進(jìn)

目前所開發(fā)的密閉、免維護(hù)EV用鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命都不及開口式的好。因?yàn)?，為達(dá)密閉化的要求，電池的板柵多是采用了無(wú)Sb系列鉛鈣合金，由于其拉伸強(qiáng)度、&127；硬度等機(jī)械性能都較鉛銻合金差了許多。特別是在陽(yáng)極板極化時(shí)，容易形成不均勻的晶間腐蝕，致使電池的容量和循環(huán)壽命都受到較大影響。（見(jiàn)圖1）性能的改進(jìn)工作，主要是集中在合金的組成，鈣含量等兩個(gè)方面，有 研究 報(bào)道說(shuō)，在電池中填充SiO2可以有效地控制晶間腐蝕。

此外，通過(guò)在正極活性物質(zhì)中加入各種添加劑，改善正極特性的 研究 也有新的進(jìn)展，特別是在正極中加入導(dǎo)電性功能高分子材料，可有效控制充電電壓上升的 研究 ，非常有意義。

（二）負(fù)極的改進(jìn)

對(duì)于負(fù)極的 研究 ，主要是集中在篩選添加劑，改善負(fù)極配方。常用的負(fù)極添加劑為木素，它的加入可使負(fù)極活性物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)得以改善，增大電極的真實(shí)表面積，但是木素在高溫下易分解，溶于電解液中，使功效衰減，以致電動(dòng)車在加速，爬坡等大電流放電時(shí)的特性下降。解決的方法多為優(yōu)選添加劑，增加木素的用量，或是對(duì)木素改性。在負(fù)極活性物質(zhì)中，碳黑的加入對(duì)充電接受能力的改良是有效的，均勻分布于活性物質(zhì)中的碳微粒，可構(gòu)成充電時(shí)電流通道網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)PbSO4向Pb還原。

（三）電池的裝配技術(shù)

對(duì)于閥控式鉛酸電池，極板的裝配松緊度，是影響其性能的一個(gè)重要因素。極板、電解質(zhì)溶液及載體間只有有效接觸，減小電化學(xué)反應(yīng)阻抗，才能有較好的電化學(xué)特性。目前所用的電解質(zhì)溶液載體多為玻璃纖維棉，當(dāng)酸注入后，由于面表張力的作用，玻璃纖維棉的空隙收縮，松緊度下降，電池內(nèi)阻增大，進(jìn)而會(huì)影響電池的性能，圖3所示系電池在灌酸前后電池的松緊度變化。

二、電池的管理

欲提高閥控密封鉛酸蓄電池的壽命特性，除需對(duì)上述技術(shù)要素進(jìn)行改進(jìn)外，電池的使用管理也是一個(gè)很重的環(huán)節(jié)。通常有兩點(diǎn)：即電池的充電法和電池的溫升控制，在可能的條件下，若能把電池的溫升降到最低，會(huì)有利于電池的壽命提高，若有適當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng)，大電流快速充電，電池的壽命可大幅度提高（見(jiàn)圖4）。

三、電池的標(biāo)準(zhǔn)化與性能評(píng)價(jià)

為了EV的普及,電池的標(biāo)準(zhǔn)化和完整的電池評(píng)價(jià)體系都是必不可少的。下表所示系美國(guó)和日本電動(dòng)車協(xié)會(huì)所制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

EV用鉛酸蓄電池的技術(shù)條件

第二節(jié) 電動(dòng)車用Ni-MH電池

一、電動(dòng)車用Ni-MH電池的基本要求

Ni-MH電池的電極反應(yīng)為：

正極：Ni（OH）2+OH-=NiOOH+H20+e-

負(fù)極：M+H2O+e=MHab+OH-Ni（OH）2+M=NiOOH+MHab

為了實(shí)現(xiàn)電池的密封化，防止內(nèi)壓上升，通常負(fù)極的容量都做得比正極大些，這樣正極產(chǎn)生的氧遷移到負(fù)極，發(fā)生如下反應(yīng)：

MHX+O2=MHX-4+H2O

該反應(yīng)能否順利進(jìn)行，在儲(chǔ)氫合金的固氣界面上，下式那樣的有效吸附是很重要的。MHx+H2=MHx+2作為電動(dòng)車用電池，電池的容量一般為50-120Ah，總電壓200-300V。通常是由多個(gè)單元電池組組成。以下的幾點(diǎn)要求是必須滿足的。

1）高的比能量（一次充電可行使的距離長(zhǎng)）

2）高的比功率，在大電流工作時(shí)也能平穩(wěn)放電（加速爬坡能力好）

3）循環(huán)壽命長(zhǎng)。

4）安全可靠，免維護(hù)。

5）與環(huán)境友好，可再生。

二、EV用Ni-MH電池基本技術(shù)

（一）電池組

據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的要求，目前開發(fā)的EV用Ni-MH電池組多設(shè)計(jì)為12V/100Ah。為了電池的散熱和溫度能均勻分布，單體電池間應(yīng)均勻設(shè)置空氣通道。從安全的角度考慮，電池外殼以塑殼較好。裝車使用時(shí)，用24個(gè)串聯(lián)，電壓可達(dá)288V，約30Kwh。

（二）鎳正極

為達(dá)裝車要求，電池不但要有較寬的溫度范圍，穩(wěn)定的放電容量，以及容量大的特性外，運(yùn)行中的可靠性和占用空間的大小等也都是非常重要的問(wèn)題，一般說(shuō)來(lái)，Ni正極的氧過(guò)電位隨溫度的上升而下降，所以當(dāng)行使中溫度上升達(dá)45℃左右時(shí)，電池除正常的反應(yīng)外，還將有副反應(yīng)發(fā)生：因而造成了充電效率下降，放電容量減少。為了防止氧過(guò)電位下降，常用的方法是在正極中添加CdO等。對(duì)Ni-MH電池來(lái)說(shuō)，不含Cd是其一重要特點(diǎn)，所以通常不再加Cd，另外對(duì)于EV用的大型電池，充電時(shí)發(fā)熱量較大，散熱較慢，溫升較快，如不加以改善，電流效率下降較大。近年來(lái)的 研究 表明Ca（OH）2、、CaS2、、CaF2、、Y2O3和CoO等的加入對(duì)Ni正極活性物質(zhì)利用率有較大影響（如圖5）。另外用表面修飾技術(shù)對(duì)球形氫氧化鎳進(jìn)行表面改性的 研究 ，也已得到了廣泛應(yīng)用。

（三）儲(chǔ)氫合金負(fù)極

基于EV用鎳氫電池的負(fù)極面積較大，電流分布均一性較差，容易發(fā)生合金的腐蝕及貯氫合金粉末脫落，造成壽命和容量的降低，目前常用的改善方法主要有兩點(diǎn)：1，對(duì)合金粉進(jìn)行改性和表面修飾，2，選擇合適的添加劑和粘合劑。

三、電動(dòng)車用Ni-MH電池的特性

（一）充電特性

基于一般民間用電的考慮，EV用Ni-MH電池充電電流，一般在10-30A，充電后，電池的內(nèi)壓在0.15Mpa，圖8為松下電池公司生產(chǎn)的MHB-100電動(dòng)車電池的充電曲線，由圖可知，EV用Ni-MH電池，若選擇了恰當(dāng)?shù)某潆娭剖剑麟姵氐臏厣蛢?nèi)壓是可以控制的。

（二）放電特性及循環(huán)壽命

12V/100AhEV用Ni-MH電池的放電特性如圖9所示，在20A取電時(shí)，比能量可達(dá)70Wh/Kg，在100A放電時(shí)，也可能放出相對(duì)20A放電時(shí)容量的95%，此時(shí)溫可達(dá)70Wh/Kg，在100A放電時(shí)，也可能放出相對(duì)20A放電時(shí)容量的95%，此時(shí)溫度上升約15℃。據(jù)500次循環(huán)時(shí)電池放出的容量和內(nèi)壓情況看，估計(jì)電池的壽命可達(dá)1000次循環(huán)，由此推測(cè)，可實(shí)際行使15萬(wàn)KM。

第三節(jié) 鋰離子二次電池

對(duì)鋰離子電池，被普遍認(rèn)為具有如下的優(yōu)點(diǎn)。①比能量大；②比功率高；③自放電?。虎軣o(wú)記憶效應(yīng)；⑤循環(huán)特性好；⑥可快速放電，且效率高；⑦工作溫度范圍寬；⑧無(wú)環(huán)境污染等，因此有望進(jìn)入21世紀(jì)最好的動(dòng)力電源行列。

一、電池結(jié)構(gòu)

EV用電池的形狀，從裝車時(shí)的體積效率考慮應(yīng)采用角形較好，但角形與圓柱形相比，耐壓性較差，特別是在高溫下，由于內(nèi)腔體積的膨脹、溶劑的分解等都可使電池內(nèi)壓上升，造成殼體開裂，為增加耐壓性，必須增加殼體的厚度或采用適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施，這樣一來(lái)又導(dǎo)致重量比能量的下降。從耐壓和安全性來(lái)考慮，還是采用圓形較好，表4為索尼公司開發(fā)的EV用電池?cái)?shù)據(jù)。該電池的重量比能量約是Ni-MH電池的1.4倍，電池組的體積比能量?jī)H為單體電池的60%，即由單體電池到電池組，電池的體積比能量將有較大下降，這也是圓筒形電池存在的問(wèn)題。

EV用單體電池和電池組的規(guī)格

為在不同放電倍率下的放電特性，在1C、2C放電時(shí)，仍可得到相對(duì)于C/3倍率放電時(shí)的95%，和88%的負(fù)荷特性。當(dāng)放電深度增大時(shí)，電池的內(nèi)阻增大。隨溫度上升，電池的比功率上升。

EV用鋰離子二次電池用標(biāo)準(zhǔn)充電電流（IC）充電2.5小時(shí)，上限電壓達(dá)4.15V/單體電池之后，恒壓充電，此時(shí)充電電流將隨時(shí)間衰減，整個(gè)過(guò)程電池的表面溫度約上升2℃。該電池的壽命，估計(jì)可達(dá)1000次循環(huán)，充電一次，實(shí)測(cè)可行走200KM，若取平均值180KM（按初始容量的90%計(jì)），由此推測(cè)可行使18萬(wàn)Km。



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