安全性是車(chē)載鋰離子充電電池走向實(shí)用的關(guān)鍵因素

用于混合動(dòng)力車(chē)的充電電池及大容量電容器相關(guān)會(huì )議—“第7屆國際高級汽車(chē)電池與超級電容研討會(huì )(AABC-07)”于2007年5月16日～18日在美國加州長(cháng)灘舉行。與會(huì )人員約為 700人，分別來(lái)自汽車(chē)制造商、電池生產(chǎn)商、材料生產(chǎn)商和制造設備生產(chǎn)商等。他們在會(huì )場(chǎng)上大量收集車(chē)載充電電池的相關(guān)信息，對于鋰離子充電電池在混合動(dòng)力車(chē)中的應用前景表現出了濃烈的興趣。

AABC的主辦方美國市場(chǎng)咨詢(xún)公司Advanced Automotive Batteries的總經(jīng)理Menahem Anderman分析認為，與2006年相比，盡管混合動(dòng)力車(chē)的市場(chǎng)規模在2010年將會(huì )擴大1.7倍，出貨量增加到約110萬(wàn)臺，但其中采用鋰離子充電 電池的比例將非常低，按金額計算大約只占全部混合動(dòng)力車(chē)充電電池市場(chǎng)的5%。

這種情況意味著(zhù)，預定在2008年上市的豐田第三代Prius混合動(dòng)力車(chē)將不會(huì )采用鋰離子充電電池。一直以來(lái)，汽車(chē)及車(chē)載電池相關(guān)人士一直認為 Prius會(huì )是最先采用鋰離子充電電池的汽車(chē)。但由于筆記本電腦和手機中的鋰離子充電電池在2006年相繼發(fā)生起火事故，人們對于鋰離子充電電池安全性的要求因此變得更加嚴格。汽車(chē)制造商在采用鋰離子充電電池的問(wèn)題上，也不得不采取謹慎的態(tài)度。

Prius的年出貨量將近20萬(wàn)臺，約占全球所有混合動(dòng)力車(chē)出貨量的50%。如果豐田汽車(chē)公司因為在Prius中采用了鋰離子充電電池而發(fā)生問(wèn)題的話(huà)，那么，公司在混合動(dòng)力車(chē)方面建立起來(lái)的信譽(yù)就可能會(huì )徹底消失。因此，在采用鋰離子充電電池的問(wèn)題上，比較現實(shí)的策略是，首先在年出貨量較少的車(chē)型上開(kāi)始嘗試，等達到一定的可靠性之后，再擴大其應用范圍。

實(shí)際應用至少還需兩年

在混合動(dòng)力車(chē)領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位的豐田汽車(chē)公司尚且如此，其它的汽車(chē)制造商要采用鋰離子充電電池至少還需要花費兩年以上的時(shí)間。這主要是因為這些汽車(chē)制造商直到最近才開(kāi)始和電池生產(chǎn)商建立合資公司，準備向汽車(chē)制造商提供大批量生產(chǎn)的電池單元。

據了解，在汽車(chē)行業(yè)中，決定要采用一種零部件之后，最少也需要花費兩年的時(shí)間進(jìn)行可靠性試驗等評估工作。因此，不論是日產(chǎn)汽車(chē)、NEC及NEC東金 (NEC Tokin)的合資公司，還是三菱汽車(chē)、GS湯淺及三菱商事的合資公司，如果其量產(chǎn)產(chǎn)品從現在開(kāi)始進(jìn)行可靠性試驗的話(huà)，最快也要到2009年之后才有可能被市場(chǎng)上銷(xiāo)售的汽車(chē)所采用。

盡管如此，日本的汽車(chē)制造商在推動(dòng)鋰離子充電電池的汽車(chē)應用方面還是很努力的。而美國的汽車(chē)制造商在這方面的表現則不是很積極。

美國通用汽車(chē)和福特汽車(chē)公司正在制訂將混合動(dòng)力車(chē)推向市場(chǎng)的計劃，在此基礎上，他們理應更深入地參與鋰離子充電電池的開(kāi)發(fā)工作，并積極推動(dòng)插入式混 合動(dòng)力車(chē)的實(shí)際應用。但是，目前在通用汽車(chē)公司、福特汽車(chē)公司、戴姆勒-克萊斯勒汽車(chē)公司所參與籌劃的USABC(美國先進(jìn)電池聯(lián)盟)中，雖然正在推進(jìn)作為國家項目的混合動(dòng)力車(chē)鋰離子充電電池的開(kāi)發(fā)工作，但在如何投入大批量生產(chǎn)的問(wèn)題上，前景并不明朗。這是因為，美國雖然有許多從事鋰離子充電電池開(kāi)發(fā)的企 業(yè)，但是，涉足大批量生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)卻幾乎沒(méi)有。各廠(chǎng)商的材料選擇大不相同

在需要極高安全性的車(chē)載鋰離子充電電池中，應該如何選擇正極材料、負極材料、電解液及隔膜，各汽車(chē)制造商及電池生產(chǎn)商的想法大不相同。

現在，主流鋰離子充電電池的正極通常采用LiCoO2、負極采用石墨，當溫度達到150℃左右時(shí)，正極材料會(huì )產(chǎn)生氧氣，并和電解液發(fā)生反應，出現異常發(fā)熱的現象。因此，日產(chǎn)汽車(chē)和NEC集團想要采用很難產(chǎn)生氧氣的LiMn2O4作為正極材料。

另一方面，豐田汽車(chē)、松下電池工業(yè)以及GS湯淺公司則認為，LiMn2O4因為錳的溶出而會(huì )導致壽命不穩定，同時(shí)，其能量密度與現在的鋰離子充電電 池相比有所降低。因此，他們打算采用鎳類(lèi)正極材料，并正在推進(jìn)相關(guān)的研發(fā)工作。鎳類(lèi)正極材料可分為兩種，即LiNi0.85Co0.15A10.05O2 和LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2，它們產(chǎn)生的熱量和耐熱溫度也不一樣。為了提高電池的安全性，汽車(chē)制造商及電池生產(chǎn)商在研究正極材料特性的同時(shí)，也在使用不同的負極材料、電解液及隔膜反復進(jìn)行試驗，以找到最合適的組合。

在此次的AABC-07上，各廠(chǎng)商就提高鋰離子充電電池安全性的新措施發(fā)表了多篇演講(見(jiàn)表1)，并展出了一系列具有高耐熱性能的產(chǎn)品。

A123系統公司領(lǐng)先一步

許多公司都選擇了采用LiFePO4作為鋰離子充電電池的正極材料，雖然其平均電壓很低，只有3.5V，能量密度也很低，但在高溫下的安全性卻非常高，并且價(jià)格穩定。因此，廠(chǎng)商對LiFePO4寄予了厚望。

在實(shí)際應用方面，美國A123系統公司處于領(lǐng)先地位。在此次的AABC-07上，他們就LiFePO4正極材料的特點(diǎn)及電池單元盼性能進(jìn)行了兩次演講。A123系統公司從2005年11月就開(kāi)始向美國電動(dòng)工具制造商BlackDecker公司提供電池單元。目前，該公司正在開(kāi)發(fā)面向混合動(dòng) 力車(chē)及插入式混合動(dòng)力車(chē)的電池單元。

A123系統公司正在加快向汽車(chē)行業(yè)擴展業(yè)務(wù)的步伐，2007年5月，他們收購了生產(chǎn)燃料電池單元及插入式混合動(dòng)力車(chē)電池單元的加拿大Hymotion公司，并在中國建立了面向車(chē)載鋰離子充電電池的批量生產(chǎn)線(xiàn)。

據介紹，A123系統公司的正極材料利用了在粒徑很小的磷酸鐵中適