什么是车用锂电池，我国车用锂电池产业发展现状
来源：宝鄂实业
2019-04-10 09:14
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制造工艺和生产设备是决定电池性能的重要因素。当前，我国电芯的一致性差，这与国内的锂电池制造工艺、质量监控及设备自动化水平不高有着重要关系。日韩等在上料、合浆、极片和电芯生产、电池化成和筛选、电池组和模块组装、物流和在线质量检测等工艺上均采用了较高的自动化装备，自动化水平在80%以上。而国内动力电池制造工艺自动化水平相对较低，一线企业自动化比例约50%，二线企业仅在20%左右，自动化水平较低是导致我国电芯一致性差的直接原因。
锂电池产业的发展碳酸锂价格持续疯涨
6.安全事故频发，电池安全亟需重视
伴随着我国新能源汽车产业的快速发展，新能源汽车安全事故时有发生，安全问题已成为新能源汽车产业发展的命脉，关系着整个产业的健康、可持续发展。据不完全统计，自2010年以来，我国新能源汽车安全事故共49例，其中2015年发生14例，2016年1-7月已发生15例，事故频率明显提高，尤其是电动客车安全问题十分突出。工信部数据显示，截止2015年底，事故率达到了0.17‰，高出世界平均水平一倍多。而随着老旧车辆的增多，安全形势将更加严峻。分析49例事故，充电、电池故障、碰撞、涉水等是引起安全事故的主要诱因，其中因电池故障导致的事故超过总量的50%。
7.回收利用存技术障碍，政策落实执行难度大
2016年工信部发布了《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策》，明确了汽车厂商将成为电动汽车废旧动力蓄电池回收利用的主体，但需要平衡整车企业、电池企业及消费者之间的利益，回收执行难度比较大，具体表现在以下两方面。
一是电池非标准化导致拆解不便和安全隐患。不同车型所用电池模组的内外部结构设计、模组连接方式、工艺技术存在差异，在电池拆解时，需要柔性化配置，在完全实现自动化之前，需要人工参与，电池短路、漏液等可能导致起火或者爆炸，对人身和财产有潜在安全隐患。
二是回收体系不成熟，回收经济性欠佳。目前，动力电池回收产业还未形成规模效应，国内还未建立成熟的回收体系，一些企业虽然涉及了动力电池回收业务，但是由于投入超出电池价值，且回收点较少，缺乏一定的盈利点。
我们现在使用的锂电池都是锂离子电池，此外还有锂金属电池，以锂金属或锂合金作为负极材料的一种电池，最早在1912年便由Gilbert N. Lewis提出，当时的锂金属电池为一次电池（不可充电），由于相比当时的其他电池，锂金属电池对加工、保存的要求高，因而没有成为主流。
而锂离子电池则比锂金属电池年轻许多，它采用锂的金属氧化物作为正极，于20世纪70年代诞生，但直到90年代，随着电子产品的快速发展，对高功率、高能量密度电池的需求增大，锂离子电池才开始成为主流。并且，锂金属电池随着技术发展，近来有开始复兴的趋势，但还未形成潮流，本文主要讨论的对象三元锂电池和磷酸铁锂电池均为锂离子电池，除此之外，算上钛酸锂电池，这三种电池是主流的车用动力电池。
☆锂离子电池的结构
锂离子电池的主要结构包括正、负极、电解液、隔膜和其他一些附件。其中正极材料是研究的重点，三元锂和磷酸铁锂均描述了锂离子电池的正极材料。而当前应用的负极材料主要为石墨，结晶度高，导电性好，对锂离子的容量大，达到了372mAh/g，大大超过了正极材料的容量，这也是为什么现在主要研究正极材料的原因。
锂电池的电解液与传统电池（铅酸电池、镍镉电池等）不同，不采用以水为溶剂的电解液，因为水的了理论分解电压只有1.23V（想想上一期的燃料电池单电池理想电压），因此，以水为电解液的电池电压最高不过2V左右。而锂电池的电压在3-4V左右。常用的电解质材料为无机阴离子锂盐，LiBF4、LiPF6、LiAsF6这三类。溶剂则有酯类、醚类和飒类。
隔膜则是起隔断电子和透过离子作用，使电子必须从外电路迁移，而离子则可以通过电解液移动，保证外电路有电流通过，防止电池内短路。隔膜材料有单层PE、单层PP、三层PP等。
☆锂离子电池充放电的基本原理
先明确两个概念，一，电池是将氧化还原反应的化学能转化为电能的装置。典型特征就是电极上反应物得失电子，通过外电路流动，进而便产生了电流。正负极之间的电荷传递是通过电解液中阴阳离子的运动形成的。
二，二次电池是指可多次再充放电的电池，其内部发生的电化学反应是可逆的。电池放电，内部的A物质变成B物质，化学能变成电能；而充电时，B物质又能够变回A物质，电能变成化学能储存。
充电时锂离子从正极材料的晶格中脱出经过电解质嵌入到负极材料层中；放电时锂离子从负极材料晶格中脱出，经过电解质嵌入到正极材料中。而电子则通过外电路，形成电流。
锂电池充放电反应过程为：
式中，Y为过度金属，在钴酸锂电池（LiCoO2）中Y为钴（Co），在锰酸锂电池中就是锰（Mn）。对于三元锂电池就是镍钴锰酸锂[Li（NiCoMn）O2]中的NiCoMn，对于磷酸铁锂（LiFePO4）电池，就是FePO4。
另外，正极负极指电位高低，阴极阳极则通过得失电子区分，得电子的电机发生还原反应是阴极，失电子发生氧化反应是阳极。充电和放电正负极不变，而阴阳极会反向。
对于锂离子电池而言，正极材料的开发是其关键技术。理论上，根据上述反应化学式，可以实现锂离子脱嵌的物质都可以作为正极材料，但实际上，这并非易事。出于性能考虑，它需要有良好的导电性、较大的放电倍率以及与电解质良好的相容性；出于寿命考虑，它需要有高度的可逆性和较弱的极化效应，出于安全考虑，它需要保证良好的稳定性和温和的电极过程动力学。
☆磷酸铁锂和三元锂电池
磷酸铁锂电池的特点在于安全性高，高倍率充放电特性和较长的循环寿命。文献显示，在充电条件为1C倍率充电至3.65V，然后转恒压至电流下降到0.02C，之后以1C倍率放电至截止电压2.0V，循环1600次之后电池容量仍有初始容量的80%。
PS：充放电倍率=充放电电流/额定容量；例如：额定容量为100Ah的电池用20A放电时，其放电倍率为0.2C。电池放电C率，1C,2C,0.2C是电池放电速率：表示放电快慢的一种量度。所用的容量1小时放电完毕，称为1C放电；5小时放电完毕，则称为1/5=0.2C放电。一般可以通过不同的放电电流来检测电池的容量。对于24AH电池来说，2C放电电流为48A，0.5C放电电流为12A。
