09年鋰離子電池實(shí)現(xiàn)飛躍：問題不斷解決

ainet.cn 2009年02月19日

日前在乘用車方面未得到廣泛采用的鋰離子充電電池最近迅速引起業(yè)界的關(guān)注，原因是被認(rèn)為是鋰離子電池缺點(diǎn)的安全性及壽命等問題得到了順利解決。

最大的問題是“鋰離子電池能否作為安全的電池使用于汽車”。就像個(gè)人電腦的出現(xiàn)過的著火事故一樣，鋰離子充電電池存在內(nèi)部短路導(dǎo)致熱失控的危險(xiǎn)。事實(shí)上，三菱于1996年開發(fā)的HEV就曾遭遇過由于過充電導(dǎo)而導(dǎo)致著火的事故。

為此，電池廠商在確保功率及能量的同時(shí)，通過在正極材料、隔板及電解液等組合使用高安全性材料，同時(shí)還對電池單元模塊的結(jié)構(gòu)及電池控制系統(tǒng)不斷進(jìn)行了改進(jìn)。

另外，壽命方面也存在課題。車載充電電池一般要求能夠使用5年，行駛10萬km以上。電池廠商憑借此前的供貨業(yè)績及加速試驗(yàn)等不斷改進(jìn)，在滿足上述要求方面已經(jīng)有了眉目。

另一個(gè)問題是成本。在大容量鋰離子充電電池方面，價(jià)格原來就被公認(rèn)為其瓶頸，這一點(diǎn)目前也未得到改觀。不過，成本高的一個(gè)原因是少批量生產(chǎn)。當(dāng)各大電池廠商進(jìn)行大規(guī)模投資，同時(shí)啟動量產(chǎn)線時(shí)，是有望使成本下降的。

使用層疊型的AESC

鋰離子充電電池利用的是通過鋰離子在正極及負(fù)極材料的結(jié)晶中進(jìn)出的電化學(xué)反應(yīng)原理。充電時(shí)鋰離子從正極放出，向負(fù)極移動。放電時(shí)鋰離子從負(fù)極向正極移動，電子通過外部電路移向正極，從而產(chǎn)生電流。

鋰離子電池的最大課題是安全性問題，為了提高安全性，各公司均在進(jìn)行改進(jìn)的首先就是正極材料。在消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，普通正極材料采用具有層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2（鈷酸鋰，以下稱Co類）。Co類材料由于內(nèi)部短路等會被加熱到百數(shù)十℃以上，此時(shí)會使結(jié)晶結(jié)構(gòu)遭到破壞，由此產(chǎn)生氧。所以有可能與有機(jī)類電解液發(fā)生反應(yīng)，容易導(dǎo)致著火及冒煙情況。

因此在車載領(lǐng)域一直使用穩(wěn)定性比Co類更高的材料。AESC采用的LiMn4O2（錳酸鋰，以下稱Mn類）就是其中之一。該材料具有尖晶石結(jié)構(gòu)，在鋰離子移走后，結(jié)晶也不易破壞，也不會產(chǎn)生氧，因此安全性較高。

AESC公司在正極材料上采用Mn類材料。充電時(shí)鋰離子從正極移出后，尖晶石構(gòu)造的錳酸鋰也能保持結(jié)晶穩(wěn)定。

AESC除了采用Mn類正極材料外，還有一個(gè)特點(diǎn)。這就是采用了層積正極和負(fù)極的電池單元，形狀了類似食品真空袋的“層疊構(gòu)造”。

鋰離子電池一般是在內(nèi)芯等卷上一對正極和負(fù)極、收放于圓筒或方型容器內(nèi)的“卷繞型”。本文提及的電池除AESC以外，均為卷繞型。

選擇層疊型的原因是“與集電結(jié)構(gòu)復(fù)雜的卷繞型相比，通過從板極引出被稱為調(diào)整片（Tab）的端子并壓接而成的層疊型可實(shí)現(xiàn)更低的成本”（日產(chǎn)汽車EV能源開發(fā)部專家負(fù)責(zé)人宮本丈司）。

AESC集成多個(gè)層疊型電池單元制成了以鋁制外殼覆蓋的電池組，并通過排列該電池組形成了電池模塊。日產(chǎn)計(jì)劃從2008年4月開始在座間工廠開始生產(chǎn)，2009年HEV和EV合計(jì)達(dá)1萬3000輛/年的規(guī)模，并在將來建立6萬5000輛/年的量產(chǎn)體制。