中国电动汽车电池技术研发与市场现状

在2V左右。过充电后，无法再继续充电，表明电池具有过充电的内在安全性。

充电的上限电压是3.6V。充电电压到3.8V时，无法再继续充电；电压到3.7V时，3次循环后也无法再充电。

另外，2个硫化物/锂电池与2个钴酸锂/锂电池拥有几乎相同的放电电压，因此，他们之间具有良好的互换性。

这种电池的充电电压及容量会随着温度的下降而提高。在60℃和-20℃时的放电容量分别为854和632mAh/g。聚合物负极工作温度在-20℃以上。

充电电压及容量会随着电流密度的增加而下降。在电流密度为55.6mA/g时, 容量为792mAh/g；电流密度为667mA/g时，容量为604 mAh/g。这表明该种电池可工作在电流密度较高的状态下。

硫化物电极在放电（嵌入锂离子）时体积会膨胀，充电（脱锂离子）时会收缩（见表2）。第一次放电后，正极厚度会增加约22%。金属锂负极和硫化物正极的厚度变化会相互补偿，以保证电池整体厚度不会出现太太变化。导电聚合物也有同样的特性。在EIS研究中，等效电路时的测定与拟合结果如图3所示。

表2 聚合物电极厚度的变化

图3 等效电路时的测定与拟合结果

由于硫化热解聚丙烯晴（SPAN）与热解聚丙烯晴（PPAN）的结构不同，前者在600℃以上仍能保持稳定。

用硫化聚丙烯晴做正极，锂箔做负极的原型聚合物锂电池，大小为4x40x26mm3，能量密度为246Wh/kg或401Wh/l。

另外，在以石墨做锂硫电池负极的实验中，在一个干燥的空气或惰性气体盒内，用Celgard的2400孔隔膜做隔片，置于正负极之间形成电芯，在负极与隔片之间是100μm厚的锂箔材料，然后注入1M LiPF6-EC/DEC电解液，最后密封成扣式电池。特性曲线如图4所示。添加Li2.6Co0.4N后的充放电曲线见图5。

图4 以石墨做锂硫聚合物电池正极的特性曲线

图5 添加Li2.6Co0.4N后的充放电曲线

上述两种方法中，以石墨做负极比金属锂更安全；锂化前的硫化物正极由电化学的锂化生成；在硫化物/石墨电池和硫化物/锂电池之间存在0.2V的电压差；硫化物/石墨电池具有更稳定的循环寿命。

碳纳米管硫化聚丙烯腈正极材料

关于硫基复合正极材料的另一项研究成果是上海交通大学化学化工学院杨军教授研究的炭纳米管表面生长聚丙烯腈共聚物的含硫复合正极材料（见图6）。这是一种B型聚丙烯腈、硫与5%碳纳米管的烧结产物。约20nm管径的MWCNT贯穿于颗粒之间,减小了二次颗粒的尺寸，形成了良好的结构骨架和导电网络。随着碳管含量的增加，初始容量有所降低，但电极的循环稳定性和倍率性能得到了提高（见图7）。

图6 具有导电网络结构的硫基正极材料

图7 增加碳管含量，初始容量有所降低，但电极的循环稳定性和倍率性能得到了提高

采用环糊精作电极粘合剂，因为其无论在小电流还是大电流倍率下，都具有最好的循环性能。图8和表3是几种电极粘合剂对电池性能影响的比较。（记者 恩平）

图8 几种电极粘合剂对电池性能的影响比较

表3 首次与100次循环充电容量比较

金属空气电池

目前市场上比亚迪F3双模电动车所用的磷酸铁锂电池330V/60Ah电池组，只有19.8kWh，重达230kg，实际能量密度仅为86Wh/kg. 如果用这种电池加大到60kWh（大约行驶400公里），重量将达到无法接受的700kg。

另外，中国产的电动公交车均宣称续航里程可达300公里，但世博会上的纯电动公交车采用3600kg重的电池(共12块，每块300kg）不开空调只能行驶110～120公里，开空调的话更是只能续驶80公里，而公交车的日平均营运里程是250公里。由于担心电池的安全性，无法深度充放电。因此，实际可用电能小于电池标称能量的一半。

中国博信电池（Powerzinc）总设计师杨德谦在"未来电动汽车高能电源研讨会"上，用上述两个事例指出了中国市场上现有动力电池的不足。

中南大学化学电源与材料研究所所长唐有根对杨德谦的观点表示赞同，他用一组数据具体说明了金属空气电池与现有动力电池相比的较大优势（见表4）。

表4 电动汽车动力电池性能参数比较

在中国，金属空气电池中，铝和锌空气电池已有研发，并进入了市场应用，而锂空气电池的研究目前基本上还是一项空白。

铝空气电池

铝空气电池（结构见图9）具有以下特点：

图9 铝空气电池结构示意图

1．能量密度高：铝的理论能量密度为8100Wh/Kg,电池实际能量密度超过350Wh/kg。

2．操作简便，使用寿命长：金属电极可以机械更换，电池管理简单，使用寿命只取决于氧电极的工作寿命。

3．电池结构多样：可设计成一次电池或二次电池，金属阳极可以是板式、楔型或膏体，电解液可循环或不循环。

4．循环经济：电池消耗铝、氧和水，生成金属氧化物。后者可采用水、风能、太阳能等可再生能源还原。对于普通小