高容量成为锂电池开发的主攻方向?锂电池容量和寿命成正比吗?
锂电池目前的主要市场在于便携式终端设备的应用,譬如手机,笔记本电脑,这使得高容量一度成为锂电池开发的主攻方向,但在电动汽车和大型储电设备充分发展的背景下,锂离子电池研发的主要方向也呈现出多样化的趋势。
传统的移动终端市场,例如手机和笔记本电脑之所以要求电池高容量,是因为它们往往需要充电一次即可使用很长时间,使用起来更加方便。风靡全球的苹果iphone和ipad等就曾一度因一次充电后使用时间不长而遭到消费者批评,因此,在新款的the new ipad发布时,原有的6500mAh容量锂电池就改为使用14000mAh大容量锂电池。这件事情可以看作便携式终端用充电电池的研发以高容量为方向的证明,为此,甚至不惜牺牲寿命也要实现高容量,而对寿命的要求一般就是2年左右即可。
但是,在电动汽车时代到来后,锂离子电池研发的方向就就不再只是一味高容量的发展方向,现在的电动汽车主要包括混合动力车、插电式混合动力车和纯电动汽车三种类型。对于混合动力车而言,在加速和减速时需要大电力交换,因此,高功率型的电池较为理想。反之,纯电动汽车因为只靠动力锂电池提供电能,因此更需要大容量的支持,插电式混合动力车则介于二者之间。
由此可以得知:在高功率锂电池要求上,混合动力车>插电式混合动力车>纯电动汽车;而在大容量锂电池要求上恰好相反,纯电动汽车>插电式混合动力车>混合动力车。当然,这是在不同电动汽车内部的比较,从整体上来说,电动汽车用锂电池在容量和功率上的要求比便携终端高出若干倍,同时也要求更高的寿命和安全性,如果不这样则无法进入产业化阶段。
固定装置用途的大型储能设施对比电动汽车的性能要求也是提高了若干倍,单从安全性来说,对于大楼蓄电系统及家用蓄电系统而言,必须具备发生火灾时不会燃烧的“高”安全性能,而电动汽车和便携终端用锂电池显然不具备这种要求。固定装置用途的储能设施内部也可以划分出不同的主要诉求。对用于夜间储电白天放电的高峰期转换为代表的电网电力而言,要求电池具备大容量,如楼宇系统用储能设施锂电池。而对于光伏发电和风力发电来说,就必须使用对输出功率变化具有较高耐性的高功率电池,因为受自然因素影响极大,这两种发电装置输出功率变化较大。
随着锂电池向大型机器应用的过渡和转变,使得锂电池自身要解决根本问题日渐多起来,因而出现了结合锂离子电池与传统双层电容器优点的锂离子电容器,也有开发新型氧化还原液流电池的新技术处于同步研发阶段,未来锂电池的道路还很远。
自第一块电池诞生以来,电池的应用领域就一直在扩大,由小型电子产品逐渐向大型、更大型的应用领域发展。目前的大型应用主要集中于电动汽车,未来也很有可能往储能电站发展,电动汽车和储能电站所用电池都是动力电池,动力电池的分类有铅酸蓄电池、镍氢电池和锂离子电池。
铅酸蓄电池如今主要应用于汽车启动及日常供电电源,但有被二次电池取代的趋势,镍氢电池在比功率、自放电率和记忆效应等性能方面的缺点,使其必然是一个过渡性质的产品,这个过渡期也许只有10年,而且趋势越来越明显。
锂离子电池是最新的新能源汽车动力电源,它最初被应用于小型电器,目前,在手机和笔记本电脑市场几乎是“一统江山”,最热闹的应用话题集中在动力汽车领域。不过,动力锂电池大规模应用有许多问题需要得到实质性的突破,尤其是技术瓶颈。
一、从试点效果来看,大型应用效果并不理想。根据中国汽车工业协会的统计,去年全国新能源汽车产量为8368辆,销售了8159辆,其中,私人购车不及1/10,这说明,新能源汽车并不为一般国民所认同。
早在2009年,国家四部委就启动了新能源汽车“十城千辆”的推广工程,计划用三年时间每年发展10个城市,每个城市推出1000辆新能源汽车示范运行,但截止去年10月,推广目标只完成38%左右。由于成绩并不理想,2012年国家不会增加新的试点城市。
二、由于锂电池概念的热度不减,虽然私人消费市场并不成熟,却也有一些企业借助风投和风头借壳上市,使得动力锂电池出现投资过剩,乱象环生。据市场调查,一条手机锂电池生产线的企业建成要投10亿左右,而同样的动力电池企业至少要20亿,结果,真正赚钱的很少,大部分已开工企业都是瞄准未来市场。一些低水平生产线的建设能否如期收回成本,达到预定目标很成问题。
三、最基本的需要突破的问题是技术难度,市场和投资上出现的问题其实都可以归因于这一问题的延伸,这里又分为四个小问题:1、动力性不足,动力汽车要求动力电池很给力,因而动力锂电池的能量密度必须达到250~350Wh/kg,才能实现大规模产业化,但实际能量密度国内目前只能做到100Wh/kg左右;2、动力性不够来自于研发动力不足,在关键材料和设备水平上粗制滥造,不是做长远规划,而只图目前和短期的赢利;3、主要性能指标特别是安全性和可靠性方面尚不成熟;4、标准不统一,检测不科学。