第一篇：動力電池產(chǎn)業(yè)與我司氣凝膠材料關聯(lián)報告

動力電池產(chǎn)業(yè)與我氣凝膠材料關聯(lián)報告

（一）動力電池

1.1動力電池主要包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰電池。

1.1．1鉛酸蓄電池：已有100多年的研發(fā)、生產(chǎn)歷史，目前通過技術改造升級，已廣泛用作內燃機汽車的起動動力源。也是成熟的電動汽車蓄電池，它可靠性好、原材料易得、價格便宜；比功率也基本上能滿足電動汽車的動力性要求。但它有兩大缺點；一是比能量低【比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L來表示。Wh是能量的單位，W是瓦、h是小時；kg是千克(重量單位)，L是升(體積單位)】，所占的質量和體積太大，且一次充電行駛里程較短；另一個是使用壽命短，使用成本過高。

1.1.2鎳鎘電池：應用廣泛程度僅次于鉛酸蓄電池，其比能量可達55W·h/kg，比功率超過190W/kg?？煽焖俪潆姡h(huán)使用壽命較長，是鉛酸蓄電池的兩倍多，可達到2000多次，但價格為鉛酸蓄電池的4～5倍。它的初期購置成本雖高，但由于其在能量和使用壽命方面的優(yōu)勢，因此其長期的實際使用成本并不高。缺點是有“記憶效應”，容易因為充放電不良而導致電池可用容量減小。須在使用十次左右后，作一次完全充放電，如果已經(jīng)有了“記憶效應”，應連續(xù)作3～5次完全充放電，以釋放記憶。另外鎘有毒，容易造成環(huán)境污染。

1.1.3鎳氫蓄電池：屬于堿性電池，鎳氫蓄電池循環(huán)使用壽命較長，無記憶效應，但價格較高。它的初期購置成本雖高，但由于其在能量和使用壽命方面的優(yōu)勢，因此其長期的實際使用成本并不高。目前國外生產(chǎn)電動汽車鎳氫蓄電池的公司主要是Ovonie、豐田和松下的一個合資公司。Ovonie現(xiàn)有80A·h和130A·h兩種單元電池，其比能量達75－80W·h/kg，循環(huán)使用壽命超過600次。這種蓄電池裝在幾種電動汽車上試用，其中一類車一次充電可行駛345公里。由于價格較高，目前尚未大批量生產(chǎn)。國內已開發(fā)出55A·h和100A·h單元電池，比能量達65 W·h/kg，功率密度大于800W/kg的鎳氫蓄電池。1.1.4鋰離子電池：作為新型高電壓、高能量密度的可充電電池，其突出的特點是：重量輕、儲能大、無污染、無記憶效應、使用壽命長。在同體積重量情況下，鋰電池的蓄電能力是鎳氫電池的1.6倍，是鎳鎘電池的4倍，并且目前人類只開發(fā)利用了其理論電量的20%～30%，開發(fā)前景非常光明。我國從二十世紀九十年代開始開發(fā)和利用鋰離子電池，至今已取得突破性進展，研制出了完全擁有自主知識產(chǎn)權的鋰離子電池。專家預測未來歐美市場需求將達到一萬億歐元，而國內市場亦會達到上萬億人民幣，磷酸鐵鋰目前正處于高速增長的態(tài)勢。同時，國家發(fā)改委最新發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結構調整指導目錄》，把鋰離子電池等高技術綠色電池的制造作為高新技術產(chǎn)業(yè)放在了優(yōu)先發(fā)展的位置。

其中鋰電池主要分兩大類：（1）鋰離子電池（2）鋰聚合物電池

聚合物鋰電池和鋰離子電池主要區(qū)別在電解質，鋰離子電池的電解質是液態(tài)的，聚合物電池的電解質是膠體型、或者固態(tài)聚合物。聚合物鋰電池的反應原理和鋰離子電池一樣，一般以軟包的形式，形狀可塑性強；鋰離子電池一般做成圓柱形或者方形。從安全角度來講，聚合物鋰電池比鋰離子電池更安全。

1.2.鋰電池技術背景 1.2.1定義：

鋰電池的全稱應該叫鋰離子電池（簡稱LIB），在20世紀90年代 初索尼公司將鋰電池產(chǎn)業(yè)化。它以碳為負極，以含鋰的化合物作 正極；在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是 鋰離子電池名稱的由來。1.2.2內部結構：

鋰離子電池由正極、負極、電解液和隔膜等組成。

正極：由含鋰的過渡金屬氧化物組成，常用的 材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰。

負極：石墨、石墨化碳材料、改性石墨、石墨化中間相碳微粒

電解液：一種有機電解液，大部分是由六氟磷酸鋰（LiFL6）加上有機溶劑配成。（六氟磷酸鋰由五氯化磷和溶解在無水氟化氫中的氟化鋰反應結晶而成）隔膜：一種特殊的復合膜，它的功能是隔離正負極，阻止電子穿過，同時能夠允 從而完成在電化學充放電過程中鋰離子在正負極之間的快速傳輸。目前主要是聚乙烯（PE）或者聚丙烯（PP）微孔膜。

（二）新能源汽車與磷酸鐵鋰電池

新能源汽車主要包括混合動力汽車（HEV）、插電式混合電動汽車（PHEV）、純電動汽車（EV）、燃料電池汽車（FCV）。

新能源汽車對電池要求很高，必須具有高比能量、高比功率、快速充電和深度放電的性能，而且要求成本盡量低、使用壽盡量長。動力電池主要有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰電池。

傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池本身技術比較成熟，但它們用在汽車上作為動力電池則存在較大的問題。鉛酸電池作為比較成熟的技術，因其成本較低，而且能夠高倍率放電，依然是唯一可供大批量生產(chǎn)的電動車用電池。但是鉛酸電池的比能量、比功率和能量密度都很低，以此為動力源的電動車不可能擁有良好的車速及續(xù)航里程。其它較成熟的電池，如鎳鎘電池和鎳氫電池，雖然性能好于鉛酸電池，但含有重金屬，價格較高，且用完遺棄后對環(huán)境會造成嚴重污染，都不適宜大批量生產(chǎn)。

目前，越來越多的汽車廠家選擇采用鋰電池作為新能源汽車的動力電池。鋰電池具有以下優(yōu)點：體積小、質量輕、工作電壓高(是鎳鎘電池、氫鎳電池的3倍)、比能量大(可達165WH/㎏，是氫鎳電池的3倍)、循環(huán)壽長、自放電率低、無記憶效應、無污染、安全性好等優(yōu)點。

其中，鋰電池材料又可分為電極(正極/負極)材料、隔膜和電解質。正極材料是鋰電池的核心，目前以鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳鋰和磷酸鐵鋰為主。負極材料則以石墨、固體碳粒為主；在正負極中間則是電池電解液和隔膜。而鋰離子電池目前在市場上運用最廣泛的就是磷酸鐵鋰電池。2.1動力電池原材料分析

1.鉛酸電池由于自身性能限制了動力電源的發(fā)展且存在鉛污染，逐漸推出市場； 2.鎳鎘也存在鎘污染，記憶效益嚴重，也基本推出動力電池市場；

3.鎳氫電池是鎳鎘電池的改進，比能量能達到60－80Wh/kg，且具有充電速度快、基本無記憶效應、無環(huán)境污染，安全性高的特點，目前作為汽車動力電池的生產(chǎn)技術基本成熟。4.目前在動力電池行業(yè)，鎳氫電池占主導地位，而磷酸鐵鋰電池是處在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期。

5.較好的電池性能（尤其安全性）和制造技術成熟是鎳氫電池目前在全球普通混合動力汽車（HEV）電池中占主導地位。

鎳氫動力電池目前占主導地位主要是現(xiàn)有混合動力車的電池能量僅1－2kWh，不能純電動行使或純電動續(xù)航3km以下。從更長遠來看，鎳氫無法應用在PHEV、EV上。主要因為：

鎳氫的比能量和能量密度無法滿足PHEV，EV的要求； 原材料Ni(OH)2價格較高，制造大能量的電池成本將會更高；

鎳氫電池技術發(fā)展基本成熟，電池性能提高和成本降低的空間非常有限。與鎳氫電池比較，鋰離子電池的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：

比能量、能量密度高，約為鎳氫電池的兩倍，能大幅提高電動汽車的續(xù)航能力； 功率更高、自放電小、無記憶效應，這些特點都能提高電動車的使用便利性； 原材料成本價格低；

技術提升空間大，成本下降空間大。

鎳氫電池由于技術成熟和安全性好，是目前混合動力汽車（HEV）電池的主要選擇，但難以滿足更高電動化程度需求；鋰電池是下一代電動車電池的最佳選擇，預計未來三年左右將替代鎳氫成為電動汽車電池的主流。國內企業(yè)在鎳氫動力電池市場的機會窗較小，日本企業(yè)從混合動力汽車到鎳氫動力電池已建立絕對主導的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢；鎳氫動力電池市場規(guī)模繼續(xù)成長的時間窗只有3年左右；并且鎳氫市場總容量有限，高峰期估計不會超過20億美元。2010－2011年將是汽車廠商最新一代PHEV、EV推出的密集期，開始進入小批量生產(chǎn)階段，預計到2015年全球PHEV、EV銷量有望達到數(shù)十萬甚至百萬輛級別、正式進入規(guī)模生產(chǎn)階段。各種綠色汽車技術將長期共存、互為補充，綜合考慮技術成熟度和節(jié)能減排潛力，電動汽車尤其是插電式混合動力（PHEV）和純電動汽車（EV）很有可能成為中長期內（2015－2030年）最重要的技術路徑。

由此可知，磷酸鐵鋰電池是新能源汽車的最重要也是最適合的動力源。磷酸鐵鋰（LiFePO4，簡稱LFP，也叫鋰鐵磷）電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，其工作原理和鋰離子電池是一樣的。

? LiFePO4正確的化學式為LiMPO4，（M 可以是任何金屬，如

Fe，Co，Mn，Ti等）。

? 其物理結構為橄欖石結構，從結構來看，可以用在鋰離子電

池的正極材料還有AyMPO4, Li 1-xMFePO4, LiFePO4.MO等都

可以做正極材料。

? 其特色是不含貴重元素，原料價格低且磷，鐵，鋰在地球上的資源含量豐富，供料不會存在很大問題。

? 除具有鋰電池的共性特點外，還有一些特有的優(yōu)點，比如其

工作電壓適中（3.2V），容量大(170mAh/g)，高放電功率，可

快速充電且循環(huán)壽命長（高達2000次），在高溫與高熱環(huán)境

下的穩(wěn)定性高。` 磷酸鐵鋰的特點分析

（一）: ? 優(yōu)點

1.LiFePO4電池的標稱電壓是3.2 V（穩(wěn)定的放電平臺）、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V;2.比容量大，高效率輸出：標準放電為2～5C、連續(xù)高電流放電可達10C，瞬間脈沖放電（10S）可達20C；

3.工作溫度范圍寬廣（-20 ℃ ——＋75 ℃），高溫時性能良好：外部溫度65℃時內部溫度則高達95℃，電池放電結束時溫度可達160℃，電池內部結構安全、完好；

4.即使電池內部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好； 5.極好的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%；實驗室制備的磷酸鐵鋰單體電池在進行IC的循環(huán)測試時，循環(huán)壽命高達2000次。6.過放電到零伏也無損壞，零電壓存放7天后電池無泄漏，性能良

好，容量為100%；存放30天后，無泄漏、性能良好，容量為

98%；存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復到

100%。

7.可快速充電，自放電少，無記憶效應：可大電流2C快速充放

電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內即可使電池充滿，起

動電流可達2C, ； 8.低成本； 9.對環(huán)境無污染。

磷酸鐵鋰的特點分析

（二）: ? 缺點

1.導電性差：目前在實際生產(chǎn)過程中通過在前驅體添加有機碳源和高價金屬離子聯(lián)合摻雜的辦法來改善材料的導電性（A123、煙臺卓能正采用這種方法），研究表明，磷酸鐵鋰的電導率提高了7個數(shù)量級，使磷酸鐵鋰具備了和鈷酸鋰相近的電導特性。

2.鋰離子擴散速度慢。目前采取的解決方案主要有納米化LiFePO4晶粒，從而減少鋰離子在晶粒中的擴散距離，再者就是摻雜改善鋰離子的擴散通道，后一種方法看起來效果并不明顯。納米化已經(jīng)有較多的研究，但是難以應用到實際的工業(yè)生產(chǎn)中，目前只有A123宣稱掌握了LiFePO4的納米化產(chǎn)業(yè)技術。3.振實密度較低。一般只能達到0.8-1.3，低的振實密度可以說

是磷酸鐵鋰的最大缺點。但這一缺點在動力電池方面不會突出。因此，磷酸鐵鋰主要是用來制作動力電池。

4.磷酸鐵鋰電池低溫性能差。在0℃時的容量保持率約60～70％，-10℃時為40～55％，-20℃時為20～40％。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。當前一些廠家通過改進電解液體系、改進正極配方、改進材料性能和改善電芯結構設計等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升。

（三）純電動汽車結構原理圖和蓄電池組圖

（四）氣凝膠保溫材料運用在動力電池的分析

1.由于動力電池工作溫度范圍寬廣（-20 ℃ ——＋75 ℃），高溫時性能良好：外部溫度65℃時內部溫度則高達95℃，電池放電結束時溫度可達160℃，電池內部結構安全、完好；

2.磷酸鐵鋰電池低溫性能差。在0℃時的容量保持率約60～70％，-10℃時為40～55％，-20℃時為20～40％。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。當前一些廠家通過改進電解液體系、改進正極配方、改進材料性能和改善電芯結構設計等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升。

（五）使用氣凝膠保溫材料的獨特性優(yōu)勢

1.由于汽車的內部空間有限，對動力電池箱大小尺寸設計提出更高要求，而我們的材料隔熱性能優(yōu)越，與其他保溫材料相比，達到同樣的效果，我們的厚度大大減少，可以滿足在箱內的包裹。

2.由于我們材料抗拉抗壓性能好，使用壽命長，適合動力汽車長期使用 3.我們有整體疏水性材料，憎水率90%以上，可以有效防止水汽進入電池組，進而對電池起了很好的外層保護。

4.我們的材料通過了A1級防火測試，萬一電池發(fā)生燃燒，可以有效地防止燃燒的持續(xù)，保護了人員生命財產(chǎn)安全。

歡迎有意了解更多氣凝膠資訊，請登陸廣東埃力生高新科技有限公司官網(wǎng)： http：//004km.cn 聯(lián)系人：黃先生

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