1概述

新型電池作為驅(qū)動型動力源在大眾化市場可接受的重量范圍內(nèi)，具有超過200km里的續(xù)航能力，這為動力電池成為汽車替代性能源提供重要途徑。在化石能源日益緊缺以及環(huán)保問題日益突出的情況下，大力發(fā)展動力電池是國家戰(zhàn)略發(fā)展目標之一，需要國家從技術及資金上繼續(xù)進行重點投入與支持。

2電池動力驅(qū)動與汽油發(fā)動機驅(qū)動的區(qū)別

電池作為動力驅(qū)動源并非很新的話題，早在2004年，M.Winter和R.J.Brodd博士曾就幾種電池、液態(tài)氫和液態(tài)天然氣的體積比能量和汽油進行了對比（見圖1），事實上，鋰電池的質(zhì)量比能量約為汽油的1/20，體積比能量約為汽油的約1/6?；谵D(zhuǎn)化效率的影響，作者還就幾種電池動力驅(qū)動與汽油發(fā)動機驅(qū)動續(xù)航能力對比（見圖2），一組350kg的電池組的續(xù)航歷程為260km，而50L汽油的續(xù)航歷程為720km。顯然，從能量的角度講，動力電池與傳統(tǒng)動力的汽油相比有相當?shù)牟罹唷Ｓ纱艘瓿鰜淼膬蓚€問題值得重點關注，一是從比能量上看，傳統(tǒng)能源與電池相比具有絕對優(yōu)勢，其戰(zhàn)略意義應予以足夠關注。二是鑒于廣泛關注的能源危機和環(huán)境問題，從續(xù)航能量看，離子電池具備良好的適用性，若安全問題得到解決，該技術不失為一種良好的替代性技術。

圖1幾種電池、液態(tài)氫和液態(tài)天然氣和汽油體積比能量對比

圖2三種電池動力驅(qū)動與汽油發(fā)動機驅(qū)動續(xù)航能力對比

3國內(nèi)外動力電池發(fā)展現(xiàn)狀

從完整的產(chǎn)業(yè)鏈角度講，動力電池產(chǎn)業(yè)鏈包括電極及其活性材料、電解液、隔膜、生產(chǎn)設備及試驗檢測儀器。在正極材料領域，主要公司有Valence、phoSTech、A123和日本的三井。目前，這些供應商為了追求更高的附加值只是在做OEM，而不愿意向國內(nèi)市場供應磷酸鐵鋰材料。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)有湖南瑞翔新材料、湖南杉杉新材料、北京當升科技、北大先行等。我國的鈷酸鋰、錳酸鋰工藝相對成熟，但最為看好的動力鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料處于產(chǎn)業(yè)化初級階段。

在鋰電池用隔膜材料領域，隔膜是技術壁壘最高的一種高附加值產(chǎn)品，目前全球隔膜的需求量超過數(shù)億平方米，中國的需求量在2億平方米以上，隨著世界各國及我國新能源政策的實施，鋰離子電池成為電動汽車、電動工具和電動自行車的最佳選擇后，鋰離子電池的市場規(guī)模將很快會擴大到目前的5～10倍。目前國產(chǎn)隔膜研發(fā)雖然早已開始，但只能生產(chǎn)單層膜，并存在質(zhì)量均勻性和穩(wěn)定性問題。為滿足動力電池的要求，亟待開展三層結構隔膜的研發(fā)。

電解液領域最為關鍵的材料是電解質(zhì)，目前電解質(zhì)鋰鹽是LipF6，全球年產(chǎn)量已超過2000t，目前僅日本Stella、關東電化、森田化學能批量生產(chǎn)，國內(nèi)天津金?？缮a(chǎn)鋰鹽溶液，規(guī)模比較小，LiFSI為一種新型的電解質(zhì)鹽，低溫性能好、氟含量低、對環(huán)境影響好于LipF6，用于磷酸鐵鋰電池，可提高電池的倍率和低溫性能，應用前景廣闊。

在鋰電池全自動生產(chǎn)線裝備制造領域，全自動生產(chǎn)線僅日韓能提供，主要用于生產(chǎn)電腦和手機電池，汽車工業(yè)要求鋰離子動力電池具有高比能量、高比功率、長壽命、低成本，特別是要保證產(chǎn)品的均勻可靠性。其制造技術難度遠高于小電池的要求，這些致使鋰離子電池行業(yè)須進行重大的結構調(diào)整。用于小型電池的電極制備工藝需要逐漸地被高效、低能耗和低污染的新工藝、新技術、新裝備所取代。此外，鑒于動力電池的散熱和高功率輸入/輸出要求，平板式電芯設計模式也成為一個新的技術方向，這就要求我國相應的電池制造工藝和裝備不斷地創(chuàng)新和深入發(fā)展。

４動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點關注的問題

我國自發(fā)展鋰電池以來，更多的關注在涉及到電池及其組件產(chǎn)業(yè)鏈以內(nèi)的各技術領域，而作為相關的外延問題卻沒有引起足夠重視。

（1）正負極電活性物質(zhì)的資源問題

自鋰電池誕生以后，包括Li、Co、Mn、Ni及其相關化合物引起了人們的極大關注，尤其是鋰資源更顯得格外重要。按目前的動力電池發(fā)展軌跡預測，到2050年，將有約50%的鋰資源會消耗殆盡。一方面，這些資源的管理應切實上升到戰(zhàn)略層面，另一方面，還需有計劃扶持其他的新能源動力技術如燃料電池技術。

（2）動力電池涉及的環(huán)保問題

德國大眾在電動車技術上走在世界前列，但據(jù)不久前報道，大眾卻宣布放棄電動車最污染的項目—電池制造。這一現(xiàn)象涉及的核心問題之一便是電池制造可能帶來的環(huán)境污染問題。

（3）動力電池使用能源的可再生性

從本質(zhì)意義上講，動力電池僅涉及能源的存儲與轉(zhuǎn)化，而不產(chǎn)生能量，電能從何而來以及如何制造這些電能，也同樣與環(huán)境息息相關，因為不同的能源生產(chǎn)方式會對環(huán)境產(chǎn)生不同的影響。如果電動車能夠從“清潔”的能源中獲取電能，那么電動車日益增多將有利于環(huán)境和氣候。然而，如果動力電池獲得的能源來自不計污染成本的生產(chǎn)模式，這已失去動力電池作為新能源汽車動力的根本目的與意義。

5標準化及安全測試領域存在的問題

我國大容量動力鋰電池單體電池已經(jīng)具備了推廣應用的條件，產(chǎn)業(yè)化建設成果顯著。在電池單體方面，規(guī)?；a(chǎn)和規(guī)?；瘧玫臈l件已經(jīng)基本成熟。但從動力鋰電池要求的高成組性、系統(tǒng)集成性、高安全性等和高標準化要求出發(fā)，以下幾個方面的問題甚為突出。

（1）關鍵質(zhì)量控制方法與可靠性保證技術仍需完善

標準化通常涉及產(chǎn)品技術及標準技術文件本身。目前，國內(nèi)“以人為主”的生產(chǎn)線無法避免高不良率，現(xiàn)有主要用于鉛酸蓄電池的成組應用技術和設備，不能適應新型動力電池的技術要求。這種情形一方面會導致電池生產(chǎn)成本的增加，另一方面使得電池性能不穩(wěn)定，影響到動力電池的一致性、使用壽命等。當前發(fā)生的動力鋰電池使用壽命縮短及燃燒、爆炸等安全問題，均是由這些因素所引起。

（2）標準化缺乏統(tǒng)一管理

由于我國行業(yè)管理等歷史因素，不同類別的電池往往是由不同的工業(yè)部門的企業(yè)主要生產(chǎn)并主導其標準的制修訂，相應地行業(yè)管理也歸屬不同工業(yè)部門。國家標準與多個行業(yè)標準并存，并且標準范圍交叉重復的現(xiàn)象無論是對于產(chǎn)品的生產(chǎn)者，還是消費者都造成了相當大的困擾，并損害整個產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

（3）標準體系和市場化的產(chǎn)品與技術保障體系不完備

除節(jié)能與新能源汽車科研項目中完成了幾項電動汽車用動力電池標準外，動力鋰電池和系統(tǒng)集成標準仍處于空白狀態(tài)，而建立成熟的市場化的產(chǎn)品和技術保障體系是推廣應用包括節(jié)能與新能源汽車在內(nèi)的與新型動力鋰電池系統(tǒng)的基本條件，而這一條件目前尚不具備。這兩者之間不僅聯(lián)系緊密，而且相互制約。為爭奪市場，迫使所有企業(yè)都成為閉關自鎖的獨立體系，低水平重復開發(fā)和拼盡全力去建設不可能實現(xiàn)的自主產(chǎn)品和技術保障體系，產(chǎn)品處于完全混亂局面。

（4）沒有中立的動力電池系統(tǒng)標準符合性及安全試驗平臺

新型動力鋰電池系統(tǒng)集成是一個新興技術領域，動力鋰電池系統(tǒng)集成涉及到關鍵零部件及通訊和控制網(wǎng)絡、接口和通訊協(xié)議等產(chǎn)品，涉及電力、電子、計算機、自動控制等多種高新技術和產(chǎn)業(yè)領域，涉及到復雜的標準體系，安全問題也十分突出。產(chǎn)品只有通過科學、合理的標準符合性檢測及安全試驗，才能從根本上保證產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性與安全性能。當前動力電池領域存在的標準欠缺，標準化工作平臺不完善，必然會影響產(chǎn)業(yè)的規(guī)范化、科學化發(fā)展。

6標準化及安全試驗工程技術平臺建設的必要性

（1）新技術領域需要開展標準化研究

新型動力鋰電池系統(tǒng)集成作為一個新興技術領域，是與鉛酸蓄電池完全不同的新型蓄電池。目前主要用于鉛酸蓄電池的成組應用技術和設備，不能適應新型動力鋰電池的特點，與之配套的相關標準需要建立在成熟產(chǎn)業(yè)技術研究以及標準的符合性檢測基礎之上。

（2）市場化的產(chǎn)品和技術保障體系是推廣新能源汽車與動力鋰電池系統(tǒng)的基本條件

建立成熟的市場化的產(chǎn)品和技術保障體系是推廣應用包括節(jié)能與新能源汽車在內(nèi)的與新型動力鋰電池系統(tǒng)的基本條件。而標準是質(zhì)量保證的基礎，要建立相關市場化保障體系，需建立動力電池產(chǎn)業(yè)標準化及安全試驗工程技術平臺。

（3）安全性評價是動力電池實施標準化的重要內(nèi)容

動力電池相對于一般的便攜式鋰離子電池而言，安全性問題格外突出。美國小型可充電電池協(xié)會公布的FAA試驗報告認為：非常小的火源就能夠充分將鋰離子電池加熱到打開壓力釋放機構的溫度以上；電解質(zhì)高度可燃且易于被點燃，滿充電電池在火焰中是更加易爆。此外，相關研究機構提出內(nèi)部短路引起的現(xiàn)場失效的過程與在濫用條件引起的過程存在本質(zhì)的不同，一旦內(nèi)部短路點近旁的局部溫度達到一定水平，就可能使電池中所有含能材料分解，對于此，現(xiàn)在采取的保護措施大多是無效的，要解決這一問題，必須重視安全試驗方法研究和手段建設。