动力锂离子电池现状

动力锂离子电池现状（精选6篇）

篇1：动力锂离子电池现状

汽车用动力锂离子电池发展现状时间 车用锂离子电池材料

1.1 理想的车用锂离子电池正负极材料要求

电池材料的物理结构和化学组成决定了它的性能,理想的车用锂离子电池材料应具备以下特征:(1)具有层状或隧道的晶体结构,以利于锂离子的嵌入和脱出,以保证锂离子电池的循环寿命;(2)充放电过程中,应有尽可能多的锂离子嵌入和脱出,使电极具有较高的电化学容量;(3)在锂离子进行嵌脱时,电池有较平稳的充放电电压;(4)锂离子应有较大的扩散系数,以减少极化造成的能量损耗,保证电池有较好的快充放电性能;(5)材料应价格便宜,对环境无污染,质量轻,可回收。1.2 车用锂离子电池正极材料

目前锂离子电池正极材料主要有:锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、磷酸铁锂等,负极材料主要有石墨、钛酸锂等。不同锂离子电池正极材料性能比较见表1。

从整车安全和电池成本考虑,磷酸铁锂是最有可能在汽车用动力电池上应用的锂电池正极材料,其优点有:(1)安全性好:稳定,即使在过充电情况下也不会产生游离氧,不和电解液反应;可以放电到0 V,电池无大的损伤;与有机电解液反应活性低;热力学稳定状态, 400 ℃以下无变化。

(2)稳定性高:充放电过程中,晶体结构不会发生变化;三维结构, L i +二维移动,利于锂的嵌入;充电电压低,电解液更稳定,电池副反应少;循环寿命长。

(3)环保:整个生产过程清洁无毒,所有原料都无毒。

(4)价格便宜:磷酸盐采用磷酸源和锂源以及铁源为材料,价格便宜。但磷酸铁锂材料也存在以下缺点:(1)导电性差:磷酸铁锂不能得到大范围应用的主要问题,需往磷酸铁锂颗粒内部掺入导电碳材料或导电金属微粒,或颗粒表面包覆导电碳材料,提高材料的电子电导率。

(2)振实密度较低:一般只能达到1.3～1.5,该缺点决定了在小型电池如手机电池等没有优势,主要用来制作动力电池。

(3)电压平台低:一般为3.2 V。

目前锂铁电池正极生产技术有以下三种:(1)在粉体颗粒表面以碳元素涂布;(2)用金属氧化物包覆颗粒;(3)采用纳米制程技术细化材料颗粒,使之微粒化。车用锂离子电池系统

车用锂离子电池系统一般由电芯及电池组、电池管理系统(BMS)、高压电安全系统(直流接触器、熔断器、预充电电阻)、冷却系统和检测单元(电流传感器、电压传感器和温度传感器)等组成,如图1所示。

2.1 电芯及电池组

一个典型的锂离子电芯主要包括正极片、负极片、正负极集流体、隔膜纸、外壳及密封圈、盖板等,常用电芯形状主要有圆柱形和方形。

为了满足整个电池系统的电压、能量和功率要求,电池组一般是由若干个电芯按照串联或并联的方式组合起来,每个电芯之间由导线连接,同时,为了对电芯的温度、电流、电压、荷电状态(SOC)等信息进行实时监测,又可以把电池组分成若干个模块,各电芯和模块之间以一定方式科学合理组合,保证整个电池组的电性能、热平衡和散热要求。2.2 电池管理系统BMS 电池管理系统(BMS)用来监控和保护电池的运行状态,应该能精确检测电池的参数,包括:单体电压、模块电压、电流、温度。利用电池模块和电池系统的信息计算并报告荷电状态SOC,寿命状态SOH(State Of Health),当前可用充放电功率,并执行对接触器的控制。BMS系统由BMU(Battery Module Unit,又名CECU, Center Electronic Controller Unit), CSC(Cell Supervising Circuit,又名LECU, Local Electronic Control Unit)、接触器、预充电电阻、保险丝、电压传感器温度传感器,以及电流传感器等模块组成。图2显示了电池及其管理系统与外部连接的典型例子。

在BMS中, CSC主要功能有:(1)单体/模块电压采集:一个模块由若干个电池单体串并联组成,并由一个CSC监控,每个CSC采集模块内各个单体的电压和整个模块的电压;(2)模块内平衡: CSC根据判断模块内各个单体的电压,通常是通过电阻放电的形式,消除模块间容量的差异;(3)电池模块温度检测: CSC测量若干点模块内电池的温度;(4)CAN通信: CSC将采集到的数据上传给BMU。BMU主要功能有:(1)系统电压测量: BMU采集整个系统的总电压;(2)电流测量: BMU采集整个系统的电流,通常通过分流器(shunt)或者霍尔器件(Hall);(3)绝缘检测: BMU 测量电池组对车身地(vehicle chassis)之间的绝缘电阻,可通过三电压法等方式;(4)SOC预测功能:在实时充放电过程中,能在线监测电池组容量,能随时给出电池组整个系统的剩余容量百分比;(5)SOH预测功能:根据实际的运行累积状况,给出蓄电池组的当前容量,内阻,循环寿命,日历寿命等;(6)可充放电功率计算: BMU通过不同SOC,温度来计算当前整车可以放电和充电的功率;(7)故障保护:过电流、过压、欠压、过温、单体间电压/温度不平衡。在以上故障出现时, BMU通知给VMS整车管理系统,请求降功率运行或关断充放电回路;(8)预充电: BMU在闭合高压接触器时,先对高压母线预充电;(9)模块间平衡: BMU通过命令控制CSC,来补偿不同模块间的容量差异;(10)热管理: BMU通过电池温度,实现对散热装置的控制(如风冷,控制风扇的转速);(11)通讯功能: BMU采用CAN总线的方式分别与子系统模块、VMS整车管理系统及充电器进行通讯;(12)充电器控制: BMU控制充电器的输出,并监测整个充电过程。

2.3 电池安全及高压电 2.3.1 电池安全

对于车用锂离子电池,国标和美国先进电池协会(USABC)有严格的滥用性能测试要求及测试项目。滥用测试性能等级要求从1到7级,当等级大于2级,电池即遭到了不可修复的损坏。滥用测试项目分为3大类,包括机械、热和电滥用总共16个项目。每个量产的电池产品都必须完成以上滥用测试。

如果车用锂离子电池系统使用不当,如过充、过放、过热、碰撞等条件下可能产生以下安全隐患:(1)内部短路,应用钴酸锂的锂电池在过充时(甚至正常充放电时),锂离子在负极堆积形成枝晶,刺穿隔膜,形成内部短路;(2)产生大电流,包括外部短路时,电池瞬间大电流放电,产生巨大热量,内部短路,隔膜穿透,温度上升,短路扩大,形成恶性循环;(3)气体排放,如有机电解液在大电流,高温条件下电解,产生气体,导致内压升高,严重时冲破壳体;(4)燃烧,金属锂在壳体破裂时与空气接触,导致燃烧,同时引燃电解质发生爆炸。如图3所示。

因此在设计车用锂离子动力电池系统时,应从电池材料(包括正负极材料、隔膜、电解液)、电芯的设计和制造(包括电池结构、安全设计、均一性)、电池系统的安全功能(包括电池管理系统、热管理系统、高压安全、外壳等)、整车安全功能等不同层面进行研究和分析,确保其在车上的安全使用。2.3.2 高压互锁回路HVL 车用锂离子电池系统设计时,电池管理系统要提供一个手动开关,手动开关内部集成主回路的保险丝及主回路的高压互锁电路。当手动开关从电池系统中拔出,此时要保证电池系统的输出端没有任何潜在的危险电压。电池管理系统同时要为充电器提供另一个高压互锁电路。电池管理系统要实时监控高压动力母线以及充电器的高压互锁电路,电池管理系统提供高压互锁电路的输出源,同时在CAN网络上给出当前的高压互锁电路的监控信息。所有的高压部件都应提供高压互锁的连接装置,这些高压互锁连接装置通过串行方式进行连接。2.3.3 绝缘电阻测量

电池管理系统要实时测量高压动力母线正负极和车身的绝缘电阻状态,并通过CAN总线上报当前的绝缘电阻值。如果当前测量的绝缘电阻值小于设定值,如对于最高电压400V左右的系统,绝缘电阻为400 KΩ时,电池管理系统要给出报警信号,如果当前测量的绝缘电阻值小于设定值,如200 KΩ,电池管理系统要给出危险信号并切断所有的主接触器。2.3.4 碰撞安全

车辆在行使过程中,碰撞是不可避免的。出于安全考虑,电池系统主回路上必须安装碰撞开关,且要求车用锂离子电池管理系统的正极、负极主接触器及预充电接触器的电源由碰撞开关提供。同时,电池管理系统需要控制正极、负极主接触器及预充电接触器的电源负极。

当碰撞开关断开后,正极、负极主接触器及预充电接触器的电源会被切断。2.4 电池热管理系统

根据不同的油电混合程度以及纯电动续驶里程,车用锂离子电池系统无论是功率、能量还是体积、重量都有所不同。当车辆在不同运行工况下,电池系统由于其自身有一定的内阻,在输出功率、电能的同时产生一定的热量,使电池温度升高,当电池温度超出其正常工作温度区间时,必须限功率工作,否则会影响电池的寿命。为了保证电池系统的电性能和寿命,车用锂电池系统都必须具有热管理系统。在设计电池热管理系统时,一般的要求有:(1)电池满功率工作的温度区间定义,电池降功率工作区间定义;(2)电池低温启动性能要求;(3)电池隔热功能;(4)电池主动制冷和主动制热功能;(5)制冷和制热方案,如风冷或液冷。

风冷方案设计主要考虑电池系统结构的设计,风道,风扇的位置及功率的选择,风扇的控制策略等。液冷方案设计主要考虑冷却管道,流场,进出口冷却剂的流量、温度、压降。水泵及整车空调压缩机的控制策略等。

2.5 电池系统外形设计及布置

根据汽车制造企业的要求进行设计,因不同的车型和可用空间大小要求而设计,形状可适当灵活设计,一般做成一个整体比较好,有利于电池的热管理,降低成本,提高电池的热均衡性,提高电池的寿命。对于乘用车,一般放置位置在车身底盘、车后座椅及后备箱之间或备胎空间里。车用锂离子电池系统主要国内外供应商

国外主要的车用锂离子电池供应商及主推体系、合作企业相关信息见表2。

从发展趋势看,大型动力锂离子电池企业与大型汽车公司合作开发车用动力电池系统已成为潮流。强强联手一方面将加强动力电池开发的资本实力,保障了产业化所需要的资金,另一方面加快了汽车与动力电池的接口融合,将加速其产业化。锂离子电池系统存在的技术难题和解决措施

锂离子电池是未来车用动力电池的首选技术。但锂离子电池仍然处于实验、限量生产水平,短期应用还存在风险, 锂离子电池应用到混合动力车上面临的主要挑战是产量和可靠性,包括寿命和潜在安全问题,从而导致电池生产商和汽车制造商同时面临很大的经济风险,很多化学和电池机构正在进行该项研究。如图4所示,对于混合动力车,使用寿命、工作温度范围和价格还有很大挑战,但在延长使用寿命方面已经取得了显著进展并仍在继续。

对于电动车用电池, 使用寿命、工作温度范围和价格仍然有很大的挑战,另外能量密度和比能量也存在挑战,如图5所示。为了达到能量需求目标,在先进的电极方面必须有大的发展和突破。

另外,包括锂离子电池系统的高压安全、电池材料的回收、电池充电技术等也还面临着很大的挑战。展望

目前全球电动车电池技术发展有两大方向:一是从现有的二次电池加以改良,另一则是开发新的燃料电池。目前车用动力电池多数仍停留在价格相对便宜的铅酸电池等传统产品上,但随着技术突破和生产成本有效控制,锂电池质轻、续航里程长以及高能量密度和输出功率的优势逐渐浮现,长期来看将成为发展主流,整车厂与锂离子电池生产厂商合作共同开发电池系统是必然趋势。

但在锂离子电池系统本身存在的价格、寿命、安全等主要问题解决之前,其在新能源汽车上的大规模应用还需要2～5年。

锂电池现状：低端饱和高端不足

到2014年，全球汽车用锂电池市场的规模将上升至248亿美元，比2008年增长215倍。目前70%的锂离子电池应用于手机和笔记本电脑，随着混合动力车和电动汽车的普及，全球新能源汽车市场有望急速扩大，各国也开始加入到这场事关本国未来新能源汽车发展的“锂电大战”之中。目前世界上在新能源车技术上走在前列的是日本、德国以及美国。中国锂电池厂家虽然数量并不比国外逊色，但是真正能生产出高品质锂电池的企业并不多。

去年，上汽集团考察了全国的锂电池厂，最后下定决心和美国A123公司合作，原因就是在国内几乎没有能够满足汽车需求的电池。中国锂电池厂的规模并不小，例如，在锂电池技术领域，比亚迪、力神集团、深圳比克电池等企业，都置身于锂电池的深度研发。在新能源汽车领域，无论是上游还是中游和下游，国内已经涌现出一大批勇敢的“试水者”。其中，比亚迪、奇瑞、长安已经开始进入新能源汽车的产业化阶段，中游和上游企业如宁波杉杉、浙江万向、科力远（600478）和中信国（000839）、西部矿业（601168）等，也在加快步伐改进原材料的生产工艺水平，以提升质量，增加产能。但是，之所以还是会出现上汽事件，“那是因为中国的锂电池厂家基本上都是在低端电池上下工夫，真正迈入高端科技的厂家很少。”恒正科技苏州公司董事长董明如是说。究其原因在于，手机、笔记本用锂电池技术简单，而车用锂电池则是一项复杂的工艺。没有高额投资和先进的技术力量，成功研发车用锂电池很难。

目前业内的主流观点认为，新能源汽车将沿着 “镍氢-锂电-燃料电池”产业化路径发展。因此，无论如何，锂电池都是必须经历的阶段。而中国现在的最大症结，董明认为是低水平重复建设。

1、一般来说，满足汽车需要的锂电池，成品率应该在60%以上，成品率能够达到80%的，就可以盈利，如果能达到90%的成品率，则可以实现40%的毛利。而国内如今的平均水平也只能达到60%的成品率，一旦新能源汽车大量生产，中国目前的锂电池市场是无法满足需求的。说到这里就不难理解，为什么明明未能满足需求的车用锂电池，却被专家称产能过剩。

2、国内现在做得较好的电池企业，当属比亚迪，它是目前国内唯一掌握车用磷酸铁锂电池组规模化生产技术的企业，该技术在世界上也处于领先地位，比亚迪纯电动车E6和混合动力车F3DM已正式推出搭载其自主研发的锂动力电池。但是，除了比亚迪、风帆股份（600482）这样少数的几家资金雄厚的企业外，如前所述，大多数的企业还都在低端领域徘徊，因此，中国的锂电池市场就变成了低端产能过剩，高端供不应求。

3、考察一个锂电池厂是否具备良好条件，除了资金实力之外，技术水平很重要。而考察技术水平一个重要的标准是，电池的材料和设备是厂家提标准还是供应商提标准。中国目前的市场现状是，基本上都是供应商在提标准，因此厂家很被动，不能实现真正意义上的独立研发、创新。

4、一般而言，要想成功投资一家锂电池生产厂，高端的至少需要三五个亿，如今，中国是三五百万就起家了，很多人都想着等赚钱了再投资扩大规模。实际上，三五百万起家和三五个亿起家相差很远。人员、装备、技术、环境的差别，导致了中国的锂电池成品率低。日本之所以走在锂电池生产的前沿，是因为日本的设备后期维护人员都会参与到设备研发的环节，对设备的构造和应用了如指掌，而中国设备基本上都是依靠进口，就导致了后期管理的不完善，对设备的利用和保养不到位，使得电池的成品率也无法跟上，更别谈高端生产品牌竞争力，在中国目前这样的大环境下，后期成长较难。

5、除了资金和技术因素之外，对市场的了解和把握也决定着投资者投资的成败。比方说，原材料的购买，市场的需求能力等。十年前，美国、德国和日本就已经完成了锂电池革命，目前世界领先的技术都在这几个国家。如今他们想要转战中国市场，因此引来中国市场的热捧，对此，经济学家郎咸平一度称，这是一场阴谋。高污染的事都让中国做了，发达国家直接享受干净的电池，实际上是对中国资源的掠夺和环境的伤害

6、锂电池核心材料依赖进口也是中国企业面临的一个问题。目前锂电池的核心材料隔膜和电解质里的盐，中国都是依赖进口，这样的话，和国外相比，一是成本较高，二是如果出现断货，中国市场的大量生产就要受到影响。因此解决好这个问题，企业才能进一步生产。

7、另外就是资源，生产一台电动汽车，需要200斤左右的锂电池，需要耗费大约60公斤的磷酸铁锂，假设年产100万辆电动汽车，那么就需要6万吨磷酸铁锂，但是目前全球可查的磷酸铁锂产能是1500吨，因此缺口很大，让人们对未来不免有些担忧。正因如此，所以磷酸铁锂的利润很高，高达70%。

中国目前的锂电池生产主要集中在京津地区、山东、江西、深圳，去年最热的山东地区，如今也平静很多。董明称，只有投资，没有产出，让山东的投资看起来并不美丽。如今最热的江西地区也是，江西的优势在于有锂矿，但是如果管理、技术跟不上，锂电池产业园也无法让人乐观。

不过，就算锂电池市场有诸多的不如意，人们还是认为电动车的未来是值得期待的，是大势所趋。因此只要能掌握好投资要素，锂电池的风景应该还是不错的。

篇2：动力锂离子电池现状

1.目前市场上主要有那几种电池？ 从体积能量密度、环保性等方面阐述他们的特点。铅酸铵电池：能量密度低，体积较大。含污染环境的重金属铅。镍镉电池：能量密度不高，含有有毒金属元素镉。

镍氢电池：能量密度较高，环保性好，不再使用有毒的镉。锂电池：能量密度较高。绿色环保。

2.锂离子电池的正极材料主要有哪几种？并分析他们的优缺点

钴酸锂优点：工作电压较高，充放电平稳，比能量高，电导性好，工艺简单。钴酸锂缺点：抗过充电性较差，价格昂贵（钴），循环性能有待提高，热稳定性差。

锰酸锂优点：锰资源丰富、安全性高，比较容易制备。

锰酸锂缺点：材料抗溶解性低，深度充放电过程易发生晶格畸变，造成电池容量的迅速衰竭。

三元材料（钴镍锰酸锂）优点：高温稳定性好，抗电解质腐蚀性好。三元材料（钴镍锰酸锂）缺点：充放电时晶格也容易畸变。

磷酸铁锂优点：高稳定性，安全可靠。

磷酸铁锂缺点：导电性一般，电极材料利用率低。

3.碳酸锂在锂电池行业的应用是什么？相关的上市生产企业有那几个？

碳酸锂是正极材料、电解液、金属锂的基础原材料。是锂电最主要的基础材料。

天齐锂业

西藏矿业

中信国安

路翔股份

赣锋锂业

4.从电解液的材料成本来看，电解液的主要核心材料是什么? 国内生产企业有那几个? 从材料成本的角度看，六氟磷酸锂是电解液的核心材料，10 吨电解液需要1-1.25 吨 六氟磷酸锂，但所占电解液总成本却高达60%以上。

2011 年之前，国内只有天津金牛能生产六氟磷酸锂，产能为400 吨/年。上市公司中多氟多已于2011 年初开始试生产，4 月份全面投产，产能达到200 吨/年；九九久5 月底400 吨/年六氟磷酸锂项目也进入试生产阶段，江苏国泰的300 吨/年的项目仍处于中试阶段。

5.国内电动自行车电池主要有哪几种?他们分别占有的市场份额大约是多少？

高达89% 采用铅酸电池，镍氢电池仅8%，锂离子及其它电池仅3%，预估未来将改 以锂离子电池为主。

6.生产、研发动力电池的国内企业主要有那些？

天津力神电池股份有限公司

深圳市芯动力精电电子科技有限公司 苏州星恒电源有限公司

上海恒动汽车电池有限公司

赛恩斯能源科技有限公司

合肥国轩高科动力能源有限公司

深圳市北虎电池科技有限公司

江西省福斯特新能源有限公司

深圳市科普仕能源有限公司

北京中芯优电信息技术有限公司

东莞市翔度电池有限公司

中聚雷天动力电池有限公司、北京中润恒动动力电池有限公司

比亚迪

深圳比克

哈尔滨光宇

7.电池隔膜的主要作用是什么？阐述一下国内电池隔膜的现状。

电池隔膜是指在电池正极和负极之间一层隔膜材料，是电池中非常关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响，其主要作用是：隔离正、负级并使电池内的电子不能自由穿过，让电解质液中的离子在正负极之间自由通过。

锂电池成本中，隔膜约占20%，但毛利率却高达70%，是动力锂电池中盈利能力最强电池材料部分。

目前国内隔膜市场80％以上被美、日进口产品占领，国产隔膜主要在中、低端市场使用。我国高品质隔膜尚待突破。目前国内佛塑金辉高科、东莞星源科技、河南新乡格瑞恩、中科来方等厂商已可提供小型锂电池用隔膜，价格只有进口隔膜的1/3~1/2，采货周期也相对短些，但国产隔膜的厚度、强度、孔吸率不能得到整体兼顾，且量产批次均匀性、稳定性较差。国产隔膜正逐步进入中低端市场进口产品替代阶段，同时，少量产品已经进入高端市场。

8.前段时间发生了铅酸铵电池生产企业的污染水源事件（血铅事件）。谈一谈中国目前铅酸铵电池行业的现状，以及未来有哪些投资机会。

全国范围近2000 家铅酸电池企业，由于血铅事件，共有583 家企业被取缔，比例达到30%。此外，还有50%的企业被停产整顿，仅13%的企业能够正常生产。

从中期看，铅酸电池新批产能项目将变得非常困难，主要由于：1）各省市重金属排放实行严格的总量控制；2）铅蓄电池项目审批实行终身问责制；3）铅污染事故仍在蔓延。新建生产线需要1～1.5 年的时间，短期内供需难改善。目前在生产的铅酸电池厂，仍存在环境污染隐患，行业整治仍将持续，市场集中度将持续提高。目前动力电池已经提价近20%，毛利率达到40%以上。

篇3：动力锂离子电池现状

1 锂离子动力电池发展现状

锂离子动力电池是一种新型电池, 与一般电池相比, 其不仅具有较高的电压、能量, 而且使用寿命较长、无污染, 所以有着较高的应用价值, 对多种设备性能的提高都有着重要作用。在锂离子动力电池中, 其正极材料与电池的性能有着紧密联系, 对电池的安全性、能量密度、比功率特性等要素都有着重大影响。在实际生活中, 锂离子动力电池的正极材料较多, 包括Li Fe PO4、Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2、Li Co O2等。其中Li Co O2有着较高的比能量、稳定性高、工作性能优、而且在加工过程中较为便利, 在实际生活中能发挥出较好作用;但是另一方面, Li Co O2的安全性较差, 而且购置价格加高, 所以市场辐射半径较小。一般情况下, 一些应用Li Co O2作为正极材料的电池容量都较小, 所以在一些小型设备中应用较多, 能发挥出一定效果。Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2具有较大容量, 包含多种正极材料的优势, 而且在实际情况中, 其逆比容量往往能达到165m Ah/g以上, 所以在许多方面都能发挥出较好作用, 具有较大的发展潜力。在实际运作中, Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2具有较高的安全性, 且与Li Co O2相比, Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2的价格较低, 而且循环功能较强, 能够与电解液较好相容, 因此, 其在一些小型动力领域有着较高的使用价值。Li Fe PO4具有较高的安全性、循环功能较强、耐高温性能较好, 因此, 其在实际生活中也能发挥出较好作用。但另一方面, Li Fe PO4能量较低、振实密度较低, 而且基于其自身加工特性, 所以使用成本较高。由于每种正极材料都有着不同特性, 所以在实际应用过程中, 应根据需要选择合适的正极材料, 这样才能更好保障锂离子动力电池的运作性能。

在锂离子动力电池的负极材料方面, 主要有两种形式, 一种是碳类材料, 另一种是非碳类材料。其中碳类材料的种类较多, 主要包括硬碳、软碳、天然石墨、复合碳等。在实际生活中, 碳类材料的获取途径较多, 而且使用成本较低, 在锂离子动力电池中有着广泛使用。但是在实际情况中, 碳材料也存在着一些劣势, 当其进行第一次循环时, 会损失掉较多的不可逆容量, 另外在高温状态下, 碳材料极易与电解液产生反应, 可能出现爆炸事故。实际生活中主要应用天然石墨作为锂离子动力电池的负极材料, 能起到较好效果。

2 锂离子动力电池应用前景

基于锂离子动力电池自身特性, 其在许多领域都有着广泛应用, 包括卫星、电动汽车等, 具有较大的应用优势。在汽车领域, 很多技术人员都将锂离子动力电池应用进电动汽车中, 既能给电动汽车提供较大的动力, 而且无污染, 使用成本较低, 所以具有较高的应用价值。很多新能源汽车中都对锂离子动力电池进行了较好应用, 而且我国相应新能源汽车的推广也让锂离子动力电池的市场不断扩大, 为锂离子动力电池的发展带来了较大便利。一些技术人员将锂离子动力电池应用进了航天领域中, 将其作为储能电源, 发挥出了较好效果。我国许多卫星中都对锂离子动力电池进行了应用, 为卫星的正常运作带来了便利。但是在实际情况中, 锂离子动力电池的价格一般较高, 而且维护成本也较高, 所以需要技术人员加强对其的研究, 通过更为先进的技术提高锂离子动力电池的安全性、运作性能, 并延长其使用寿命, 从而全面提升锂离子动力电池的性能, 促进锂离子动力电池的更好发展。

结束语

在实际生活中, 锂离子动力电池有着较多优势, 包括能量高、电压高、使用寿命长、无污染等, 在手机、电脑、航天等领域都有着广泛应用, 并起到了较好效果, 促进了多种行业的发展。因此, 基于锂离子动力电池的发展潜力, 技术人员需加强对其的研究, 提高其整体运作性能, 并将其应用进多种行业, 充分发挥出锂离子动力电池的作用, 从而更好为社会服务。

参考文献

[1]魏克新, 陈峭岩.基于自适应无迹卡尔曼滤波算法的锂离子动力电池状态估计[J].中国电机工程学报, 2014, (3) :445-452.

[2]徐蒙, 张竹茜, 贾力等.圆柱形锂离子动力电池放电过程电化学与传热特性研究[J].中国电机工程学报, 2013, (32) :54-61.

篇4：动力锂离子电池现状

关键词：车辆工程；锂离子动力电池；不一致性；多参数分选；动态特性分选

中图分类号：U463.63 文献标识码：A

文章编号：1674-2974（2016）10-0023-09

Abstract：In order to improve the consistency for lithium-ion power battery of electric vehicle， to raise the available power and the utilization ratio of capacity for the battery pack， this paper put forward a battery sorting method based on the inconsistency mechanism analysis of battery. Firstly， the traditional sorting method， the main factor sorting method and the total factor sorting method for battery were completed respectively， and the comparative results show that the total factor sorting method is optimal. Secondly， the dynamic characteristics sorting was carried by fuzzy c-means clustering algorithm based on the total factor sorting results. Finally， the sorting effect was verified through experiments and the result shows that this sorting method can improve the inconsistency for battery pack effectively， and has a certain practical significance.

Key words：vehicle engineering； lithium-ion power battery； inconsistence； multi-parameter sorting； dynamic characteristics sorting

为了满足驱动电机供电电压和整车续驶里程的要求，电池组需要通过上百节电池单体串联或并联而成.电池单体之间的不一致性会使电池组在使用过程中存在“木桶效应”，这种现象的存在会降低电池组的充放电效率，减少电动汽车的续驶里程.

目前，解决电池不一致性的技术措施主要有电池分选、电池均衡以及电池热管理等方法，本文针对电池分选方法进行研究.电池分选方法主要有单参数分选法、多参数分选法以及动态特性分选法，而多参数分选法与动态特性分选法相结合的方法是目前研究的趋势.

多参数分选法采用多个特征参数对电池进行分选.刘千杰等[1]通过4次充放电循环，以容量差1%、 电压10 mV、内阻2 mΩ以及充电恒流比1%以内为一档对电池进行分类，分选效果较好；吴生先[2]以容量公差为额定容量的±1%，开路电压公差为±10 mV，内阻公差为±0.5 mΩ，自放电公差为±5 mV，分选效果也较好；Jonghoon Kim等[3-4]针对电压均衡技术可能造成的电压一致而荷电状态不一致的情况，提出了一种基于容量和内阻来提高锂离子动力电池组的电压和SOC一致性的方法.但是上述多参数分选方法并没有对分选变量进行优化，分选变量之间存在的相关性会影响分选结果.

动态特性分选根据充放电曲线对电池进行分选.单毅[5]通过对充放电曲线采用层次聚类的方法得到电池之间的差异度，试验表明该方法的分选效果较好；闻涛等[6]提出了一种基于特征向量的电池分选方法，但是标准电压特征向量较难确定，增加了分选工艺实施的难度；苑风云[7]搭建了以SOC为纽带的电池等效电路模型，根据模型仿真得出的充放电曲线之间的相似性对电池进行分选；Raspa等[8]通过自组织图的方式根据电池的SOV变化来对电池进行分选.但是上述动态特性分选方法均没有考虑电池的其他参数，并且实施较为复杂.

本文提出了一种多参数分选与动态特性分选相结合的分选方法.多参数分选以统计学软件SPSS为基础，利用因子分析模块对分选变量进行优化，利用系统聚类模块分别对电池进行主因子分选和总因子分选；动态特性分选以电池的放电曲线为基础，通过MATLAB编程来实现模糊C均值聚类算法，从而实现对电池的分选.

1 不一致性分析

电池的不一致性，是指同批次、同规格、同型号的电池，在电压、容量、内阻以及自放电率等特征参数上所表现出的差异性.

锂离子动力电池的不一致性主要在生产、使用和储存过程中产生.生产过程中造成的电池不一致性会在使用和储存过程中被累积扩大，比如，容量不同的两节电池进行串联充放电，通过的电流是相同的，在相同时间内充放电容量是一样的，在容量小的电池达到其极限容量时，容量大的电池可能正处于未充满电或者未放完电的状态，这样就会造成能量浪费.如果反复进行充放电，则势必会使得容量小的电池始终处于深充深放状态，而容量大的电池始终处于浅充浅放状态，这样容量小的电池性能会越来越差，与容量大的电池的不一致性也会进一步加剧.

所以在电池使用之前采用合理的方法对其进行分选显得尤为重要.

2 多参数分选

本文首先以统计学软件SPSS为基础对电池进行多参数分选.

2.1 分选变量的获取

以100节180 Ah电池为研究对象来探究有效的电池分选方法，其技术参数如表1所示.

在进行多参数分选之前需要确定分选变量.分选变量可以以不一致性的表现形式为依据进行选择.另外，电池的充电过程包括恒流充电和恒压充电两部分，一般先进行恒流充电，再进行恒压充电，恒流过程是产生极化的过程，而恒压过程则是消除极化的过程，恒压过程时间越短，说明恒流过程产生的极化越小，电池性能越理想.最终选取平均内阻、开路电压、自放电率、充电容量、放电容量以及恒流充电时间占总充电时间的比值这6个指标作为电池的分选变量.其中，平均内阻取值为电池在1/3 C充满电和1/3 C放完电时内阻的平均值，记为R；开路电压取值为电池在1/3 C充满电3 d后的电压值，记为D；自放电率取值为电池在40 ℃条件下1/3 C充满电后间隔7 d的电压降，记为E；充放电容量分别取值为电池在1/3 C标准充放电条件下的充放电容量，分别记为Q1，Q2；恒流充电时间占总充电时间的比值取值为电池在1/3 C充电条件下的恒流充电时间占总充电时间的比值，记为B.

为了获取分选变量的测试数据，运用NEWARE充放电设备分别对100节电池进行充放电试验.其中，电池的充放电试验照片如图1所示.

2.2 分选变量的优化

为了消除分选变量之间的相关性对分选结果的影响，同时减少分选变量，简化计算，可以对电池的分选变量进行因子分析[9].

因子分析是一种统计学方法，其最常用的理论公式如式（1）所示：

统计学软件SPSS将相关系数矩阵、反映像相关矩阵、Bartlett球度检验以及KMO检验这4个统计量作为判断因子分析的条件.其中，经常采用的是Bartlett球度检验和KMO检验.

Bartlett球度检验通过判断相关矩阵来检验电池的分选变量是否适合做因子分析.Bartlett球度检验的原假设为相关矩阵是单位阵，只有拒绝该假设，因子分析才是有意义的，而要拒绝该假设就需要Bartlett球度统计量相应的概率值Sig小于给定的显著性水平；KMO检验是通过电池分选变量之间的相关系数来判断分选变量是否适合做因子分析.KMO值越大，则分选变量间的相关系数越大，它们的共同性就越多.通常，KMO值达到0.7以上就可以采用因子分析.

由于Bartlett球度检验和KMO检验都与分选变量间的相关矩阵有关，所以首先需要得到分选变量之间的相关矩阵.以选取的100节电池的6个分选变量的试验数据作为输入，经计算得到这6个分选变量的相关矩阵如表2所示.

由表2可知，电池的各分选变量之间具有较大的相关性，所以有必要对该相关矩阵进行Bartlett检验和KMO检验，得到的检验结果如表3所示.可见，Bartlett球度检验统计量相应的概率值Sig=0.000，小于给定的显著性水平0.050并且KMO=0.896>0.700满足因子分析条件，所以选取的分选变量可以通过因子分析来优化.

选择主成份分析法对选取的6个分选变量进行了因子分析，得到如表4所示的主成份的贡献率.主成份的贡献率表示的是经主成份分析法得到的各因子所能解释原分选变量的程度.

通常取特征值大于1的因子作为代表原变量的新变量[9].在表4中，有3个因子的特征值超过1，所以取这个因子作为新分选变量，即主因子F1，F2和F3.可见，分选变量经因子分析后提取3个主因子即可表达其86.834%的内容.

得到的因子矩阵如表5所示.

表5中的因子矩阵是每个原始分选变量在各因子上的因子载荷，比如，放电容量=0.970×F1-0.049×F2+0.094×F3.由表中的因子载荷可知，第一个因子主要表达的是放电容量、开路电压、充电容量以及恒流充电时间占总充电时间的比值这4个分选变量，第二个因子主要表达的是平均内阻和自放电率这两个分选变量，而第三个因子则比较综合地表达了各分选变量.

得到的因子得分系数矩阵如表6所示.

表6中每列的数据即是这3个主因子被原始分选变量表示的系数.比如：主因子F1=0.030×平均内阻-0.320×开路电压+0.012×自放电率+0.252×充电容量+0.320×放电容量+0.265×恒流充电时间占总充电时间的比值.

综上，最初的6个分选变量经因子分析后转化为3个变量（即3个主因子）就可表达原来分选变量的大部分信息，所以选取这3个主因子作为新的分选变量.另外，根据每个主因子能够表达原始分选变量的程度可将其综合为一个总因子，这个总因子的加权系数按照表4来确定，即总因子F=49.434%×F1+20.667%×F2+16.733%×F3.

2.3 电池的分选结果

聚类分析是直接比较各事物之间的性质，将性质相近的事物归为一类，性质差别较大的事物归入不同类的技术.

聚类分析中样本间距离以及样本与类、类与类之间距离的计算方法至关重要.鉴于平方欧氏距离度量的广泛应用，选取该距离作为样本间距离的衡量标准.该距离的表达式如式（2）所示.由于离差平方和法在实际应用中分类效果较好，应用较广，所以选取该方法来对电池进行聚类.

下面按照系统聚类的方法分别对电池样本进行主因子分选和总因子分选，并与传统分选法进行对比.另外，为了方便验证分选效果，在按照下面方法进行分选时，将所有的电池均分为4类.

1）传统分选法

传统分选法直接按照电池厂家传统的做法将放电容量、内阻和开路电压作为分选变量，即首先根据放电容量、内阻和开路电压进行电池单体的挑选，再按容量组内差、内阻组内差以及电压组内差进行分组，按照这种方法得到的分选结果如表7所示.

2）主因子分选法

主因子分选法是将3.2节中经因子分析后生成的3个主因子F1，F2，F3作为分选变量，运用SPSS软件中的系统聚类方法对电池进行聚类，其中，样本间距离的度量方式选用平方欧式距离，聚类方法选用离差平方和法.得到的分选法结果如表8所示.

3）总因子分选

总因子分选法是将总因子F作为分选变量，运用SPSS软件中的系统聚类对其进行聚类，其中，样本间距离的度量方式仍选用平方欧式距离，聚类方法仍选用离差平方和法.得到的分选结果如表9所示.

2.4 多参数分选效果对比

由于每节电池分选变量的初始数据是已知的，可以根据这些初始数据对分选出的各类电池进行评价，如表10所示，用各类电池的平均放电容量和平均自放电率来对此类电池性能进行评价.

由表10可知，传统分选法仅将内阻、开路电压和放电容量作为分选变量，并没有考虑自放电率等因素的影响，所以每一类电池的平均放电容量均相对较高，但是其平均自放电率也均较高，并且可能分布并不均匀；主因子分选法虽然考虑的因素较多，但是它并没有按照每个主因子对原分选变量的解释程度进行加权，分选出的每类电池的平均放电容量和平均自放电率均居中，而总因子分选考虑的因素较全面，并且按照每个主因子对原分选变量的解释程度进行了加权，所以由其分选出的每类电池的平均放电容量均较高，平均自放电率均较低，并且类与类之间差别较大，其分选效果最好.

3 动态特性分选

多参数分选法是静态分选，虽然能反映出动力电池的某些特性，但主要是外部特征，也无法反映出充放电过程中电池特性的变化趋势；动态特性分选法以放电曲线为依据，考虑了电池在充放电过程中其内部结构的不同，结合多参数分选，能够挑选出一致性较好的电池，从而提高电池组的性能.

3.1 电池充放电曲线的离散拟合

由多参数分选结果试验对比可知，总因子分选法在3种多参数分选方法中是最好的，但是由于分选出的第Ⅲ类电池性能相对较差，第Ⅳ类电池仅有1节，所以只能在第Ⅰ类（29节）和第Ⅱ类（53节）电池的基础上再进行动态特性分选.

在电池充放电曲线上选取p个采样点，则电池的充放电曲线可以转化为一个一维特征向量.对于一组待分类的n节电池，可以将一簇充放电曲线转化为一个n×p维的原始数据阵.

电池之间性能的不同会导致电池的充放电时间不同.为了使代表每节电池的特征向量长度相同，便于计算电池之间的距离，需要对每节电池的充放电数据进行拟合，这里仅对搁置和放电部分进行，得到了代表每节电池的100个搁置数据点和500个放电数据点，共600个数据点来代表一节电池.

3.2 电池的动态特性分选

对电池的动态特性分选需要确定聚类方法，本文根据电池的充放电曲线采用模糊C均值聚类算法来对电池进行分选.

模糊C均值聚类算法是Jim Bezdek博士在1973年提出的一种基于目标函数的聚类算法[10].下面对它的隶属度函数、相似性函数以及目标函数进行简单的介绍.

1）隶属度函数

隶属度函数用于表示一节电池属于某一类电池的程度，用uA（X）表示，如果它的值是1，则说明这节电池完全属于某一类电池.由归一化规定知，一个数据集的隶属度的和总等于1，即如果有n个样本，c个聚类中心，则

2）相似性函数

选取平方欧氏距离作为相似性函数，此距离越小，说明两个样本越相似.

3）目标函数

这两个必要条件使得模糊C均值聚类算法成为一个迭代过程.此过程具体如下：首先，需要初始化U，并且使其满足求和为1；其次，用式（8）计算c个ci；最后根据式（6）计算目标函数，如果满足条件，则算法停止，如果不满足条件，则用式（9）计算新的U，再从头开始计算.

根据模糊C均值聚类算法的介绍，在总因子分选法的基础上将n节电池样本聚成c类.为了方便验证，以最终挑选出的电池节数m=4为例，其算法流程如图2所示.

按照图2所示的流程，运用MATLAB编程实现该算法，从而得到运用动态特性分选方法分选的结果.

以第Ⅰ类电池（29节）为例，由于电池节数较多，所以先将其分为3类，再针对每一类进行模糊C均值聚类，得到的聚类结果如图3所示.目标函数J迭代了13次就达到了1e-5，满足设定条件，迭代停止.

由图3可知，29节电池中的第2类仅包含2节电池，可将其舍掉，第1类和第3类分别包含13和14节电池，可以继续对其分别再进行聚类.

1）13节电池的聚类结果：

当聚为3类时，得到如图4所示的聚类结果.

当聚为4类时，得到如图5所示的聚类结果.

由图4和图5知，无论聚为3类还是4类，61，78，80，87这4节电池始终聚为一类，所以可以认为这4节电池的一致性较好.

2）14节电池的聚类结果：

当聚为3类时，得到如图6所示的聚类结果.

当聚为4类时，得到如图7所示的聚类结果.

由图6和图7可知，聚为4类时的第1类电池（6节）均包含在聚为3类时的第1类电池（8节）中.为了挑选出一致性较高的4节电池，对聚为4类时的第1类电池继续进行聚类.

对于这6节电池，当聚类数为3时，得到如图8所示的聚类结果.由图4，图8可知，每一类电池数均小于4节，而本文最终聚类的电池数统一为4节，所以认为聚类数为3时是不合理的.

当聚为2类时，得到如图9所示的聚类结果.可见，10，15，28，90这4节电池聚为一类.所以这14节电池中，10，15，28，90这4节电池的一致性较好.

篇5：动力锂离子电池现状

作者: userhung发布日期: 2008-09-08

锂离子电池(Lithium Ion Battery，简称LIB)是继镍镉电池、镍氢电池之后的第三代小型蓄电池。作为一种新型的化学电源，它具有工作电压高、比能量大、放电电位曲线平稳、自放电小、循环寿命长、低温性能好、无记忆、无污染等突出的优点，能够满足人们对便携式电器所需要的电池小型轻量化和有利于环保的双重要求，广泛用于移动通讯、笔记本电脑、摄放一体机等小型电子装置，也是未来电动交通工具使用的理想电源。

锂离子电池自1992年由日本Sony公司商业化开始便迅速发展。2000年以前世界上的锂离子电池产业基本由日本独霸。近年来，随着中国和韩国的崛起，日本一枝独秀的局面被打破。2003年全球生产锂离子电池12.5亿只，其中中国生产4.5亿只（含日本独资和合资），国内电池公司产量大于2.8亿只，占全球锂离子电池总产量的20％以上。近几年我国锂离子电池产量平均以每年翻一番的的速度高速增长，专家预测，未来几年，随着一批骨干企业生产规模的不断扩大，收集和笔记本电脑、摄像机、数码相机等便携产品的持续增长，我国锂离子电池产业仍将保持年平均30％以上的增长速度，2004年国内小型锂离子电池可达日产200～300万只，全年产量超过6亿只。

锂离子电池能否成功应用，关键在于能可逆地嵌入脱嵌锂离子的负极材料的制备。这类材料要求具有： ①在锂离子的嵌入反应中自由能变化小;②锂离子在负极的固态结构中有高的扩散率;③高度可逆的嵌入反应;④有良好的电导率;⑤热力学上稳定同时与电解质不发生反应。目前，研究工作主要集中在碳材料和其它具有特殊结构的化合物。

1.碳负极材料

碳负极锂离子电池在安全和循环寿命方面显示出较好的性能，并且碳材料价廉、无毒，目前商品锂离子电池广泛采用碳负极材料。

众所周知，碳材料种类繁多，目前研究得较多且较为成功的碳负极材料有石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纤维、裂解聚合物和裂解碳等.在众多的用作碳负极的材料中，天然石墨具有低的嵌入电位，优良的嵌入－脱嵌性能，是良好的锂离子电池负极材料。通常锂在碳材料中形成的化合物的理论表达式为LiC6，按化学计量的理论比容量为372mAh/g。近年来随着对碳材料研究工作的不断深入，已经发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整，或使石墨部分无序化，或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，锂在其中的嵌入－脱嵌不但可以按化学计量LiC6进行，而且还可以有非化学计量嵌入－脱嵌，其比容量大大增加，由LiC6的理论值372mAh/g提高到700mAh/g～1000mAh/g，因此而使锂离子电池的比能量大大增加。所以近年来锂离子电池的研究工作重点

在碳负极材料的研究上，且已经取得了许多新的进展。Okuno等[8]研究了用中介相沥青焦炭(mesophase pitch carbon，MPC)修饰的焦炭电极，发现焦炭电极的比容量仅170mAh/g～250mAh/g，焦炭和MPC按4∶1的比例混合，比容量为277mAh/g，而用MPC修饰的焦炭电极其比容量为300mAh/g～310mAh/g。马树华等[9]在中介相微球石墨(MCMB)电极上人工沉积一层Li2CO3或LiOH膜，电极的容量及首次充放电效率均有一定的改善。

邓正华等采用热离子体裂解天然气制备的天然气焦炭具有较好的嵌Li能力，初次放电容量为402mAh/g，充电量为235mAh/g，充放电效率为58.5%。冯熙康等[11]将石油焦在还原气氛中经2600℃处理后制得的人造石墨外部包覆碳层，发现处理后的这种材料有较高的比容量(330mAh/g)，较好的充放电性能，较低的自放电率。

三洋公司采用优质天然石墨作负极，石墨在高温下与适量的水蒸气作用，使其表面无定形化，这样Li+较容易嵌入石墨晶格中，从而提高其嵌Li的能力。

碳负极的嵌Li能力对不同的材料有所不同，主要是受其结构的影响。如Sony公司使用聚糠醇的化合物，三洋公司使用天然石墨，松下公司采用中介相沥青基碳微球。一般说来，无定形碳具有较大的层间距和较小的层平面，如石墨为0.335nm，焦炭为0.34nm～0.35nm，有的硬碳高达0.38nm，Li+在其中的扩散速度较快，能使电池更快地充放电。Dohn描述了石墨层间距d002与比容量的关系，表明随d002的增大，放电比容量增高。Takami研究了中介相沥青基纤维在不同温度下的层间距和扩散系数，认为层间距取决于碳的石墨化程度，石墨化程度增加可降低Li+扩散的活化能，并有利于Li+的扩散。

高比容量的碳负极材料，可以极大地提高锂离子电池的比能量，但是部分裂解的碳化物有一个明显的缺陷就是电压滞后，即充电时Li+在0V(vs.Li+/Li)左右嵌入，而放电时在1V(vs.Li+/Li)脱嵌，尽管此类电池充电电压有4V，但实际上只有3V的工作电压。Takami等认为酚醛树脂、聚苯胺、微珠碳等明显有电压滞后现象。此外，这类材料的制备工序复杂，成本较高。

天然鳞片石墨用作锂离子电池负极材料的不足之处在于石墨层间以较弱的分子间作用力即范德华力结合，充电时，随着溶剂化锂离子的嵌入，层与层之间会产生剥离(exfoliation)并形成新的表面，有机电解液在新形成的表面上不断还原分解形成新的SEI膜，既消耗了大量锂离子，加大了首次不可逆容量损失，同时由于溶剂化锂离子的嵌入和脱出会引起石墨颗粒的体积膨胀和收缩，致使颗粒间的通电网络部分中断，因此循环寿命很差。

对鳞片石墨进行修饰，可以大大提高它的可逆容量和循环寿命.Kuribayashi等采用酚醛树脂包覆石墨，在700～1200℃惰性气氛下热分解酚醛树脂，形成以石墨为核心、酚醛树脂热解碳为包覆层的低温热解碳包覆石墨。包覆层在很大程度上改善了石墨材料的界面性质。低温热解碳包覆的石墨不仅具有低电位充、放电平台;同时借助于与电解液相容性好的低温热解碳阻止了溶剂分子与锂离子的共嵌入，防止了核心石墨材料在插锂过程中的层离，减少了首次充、放电过程中的不可逆容量损失并延长了电极的循环寿命。此外，对碳材料的改性方法还有表面氧化、机械研磨和掺杂等，可以有效提高电极的电化学性能。

2．非碳负极材料

近年来对LIB非碳类负极材料的研究也非常广泛。根据其组成通常可分为：锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物和纳米合金材料。锂过渡金属氮化物具有很好的离子导电性、电子导电性和化学稳定性，用作锂离子电池负极材料，其放电电压通常在1.0V以上。电极的放电比容量、循环性能和充、放电曲线的平稳性因材料的种类不同而存在很大差异。如Li3FeN2用作LIB负极时，放电容量为150mAh/g、放电电位在1.3V(vs Li/Li+)附近，充、放电曲线非常平坦，无放电滞后，但容量有明显衰减。Li3-xCoxN具有900mAh/g的高放电容量，放电电位在1.0V左右，但充、放电曲线不太平稳，有明显的电位滞后和容量衰减。目前来看，这类材料要达到实际应用，还需要进一步深入研究。SnO/SnO2用作LIB负极具有比容量高、放电电位比较低(在0.4~0.6V vs Li/Li+附近)的优点。但其首次不可逆容量损失大、容量衰减较快，放电电位曲线不太平稳。SnO/SnO2因制备方法不同电化学性能有很大不同。如低压化学气相沉积法制备的SnO2可逆容量为500mAh/g以上，而且循环寿命比较理想，100次循环以后也没有衰减。在SnO(SnO2)中引入一些非金属、金属氧化物，如B、Al、Ge、Ti、Mn、Fe等并进行热处理，可以得到无定型的复合氧化物称为非晶态锡基复合氧化物

(Amorphous Tin-based Composite Oxide 简称为ATCO)。与锡的氧化物(SnO/SnO2)相比锡基复合氧化物的循环寿命有了很大的提高，但仍然很难达到产业化标准。

纳米负极材料主要是希望利用材料的纳米特性,减少充放电过程中体积膨胀和收缩对结构的影响,从而改进循环性能。实际应用表明:纳米特性的有效利用可改进这些负极材料的循环性能,然而离实际应用还有一段距离。关键原因是纳米粒子随循环的进行而逐渐发生结合,从而又失去了纳米粒子特有的性能,导致结构被破坏,可逆容量发生衰减。此外，纳米材料的高成本也成为限制其应用的一大障碍。

某些金属如Sn、Si、Al等金属嵌入锂时，将会形成含锂量很高的锂-金属合金。如Sn的理论容量为990mAh/cm3，接近石墨的理论体积比容量的10倍。合金负极材料的主要问题首次效率较低及循环稳定性问题，必须解决负极材料在反复充放电过程中的体积效应造成电极结构破坏。单纯的金属材料负极循环性能很差，安全性也不好。采用合金负极与其他柔性材料复合有望解决这些问题。

总之，非碳负极材料具有很高的体积能量密度，越来越引起引起科研工作者兴趣，但是也存在着循环稳定性差，不可逆容量较大，以及材料制备成本较高等缺点，至今未能实现产业化。负极材料的发展趋势是以提高容量和循环稳定性为目标，通过各种方法将碳材料与各种高容量非碳负极材料复合以研究开发新型可适用的高容量、非碳复合负极材料。

3．产业化现状

在锂离子电池负极材料中，石墨类碳负极材料以其来源广泛，价格便宜，一直是负极材料的主要类型。除石墨化中间相碳微球（MCMB）、低端人造石墨占据小部分市场份额外，改性天然石墨正在取得越来越多的市场占有率。我国拥有丰富的天然石墨矿产资源，在以天然石墨为原料的锂离子负极材料的产业化方面，深圳贝特瑞电池材料有限公司以高新科技促进传统产业的发展，运用独特的整形分级、机械改性和热化学提纯技术，将普通鳞片石墨加工成球形石墨，将纯度提高到99.95%以上，最高可以达到99.9995%。并通过机械融合、化学改性等先进的表面改性技术研制、生产出具有国际领先水平的高端负极材料产品，其首次放电容量达360mAh/g以上，首次效率大于95%，压实比达1.7g/cm3，循环寿命500次容量保持在88%以上。产品出口至日本、韩国、美国、加拿大、丹麦、印度等国家，并在国内40余家锂电厂家应用。该公司年产1800吨天然复合石墨（MSG、AMG、616、717、818等）、1200吨人造石墨负极材料（SAG系列、NAG系列、316系列、317系列）、3000吨球形石墨（SG）、5000吨天然微粉石墨和600吨锰酸锂正极材料，并正在不断扩大生产规模，同时可以根据客户的需求、工艺、设备以及存在的问题为客户开发客户需要的产品。生产的产品品质稳定、均一，具有很好的电化学性能和卓越加工性能，可调产品的比表面积、振实密度、压实密度、不纯物含量和粒度分布等。主要生产设备和检测仪器均从国外进口，从而形成该公司独特的核心竞争力的一部分。在锂离子电池负极材料行业贝特瑞已经引领了该行业的发展方向。

篇6：锂离子电池

学校的通用教育模式让学生能适应众多领域的工作：汽车、铁路、船舶工业，核能源，海洋可再生能源，机器人技术，金融数学，海洋学或环境学等等。学校的大部分毕业生的第一份工作一般都在企业的研发部或者企划部，不久便能达到管理和项目总监的位置。ENSTA ParisTech是由法国国防部领导下的公共教育科研机构。

参加学校的教学活动的，不仅有ENSTA ParisTech的教师，研究员，还有在经济，工业领域了解最新技术革新的教员。

科研是 ENSTA ParisTech 的另一主要任务。学校的五大系和法国、欧洲乃至全球的其他大学以及科研机构在多个领域都有科研合作。大量来自CNRS，INSERM 和综合理工的科研人员和 ENSTA 的教授共同开展科研活动。

ENSTA 教授授于学生们的知识充分迎合企业的需求。课程的设计就是为了让学生们将来能方便地融入企业生活，尽快地从高技术含量的岗位（研发部门，企划部门）转移到能够管理和统筹项目的职位。ENSTA 致力于带给该校的工程师们扎实的知识基础，以便他们将来能从事同时具备多种职责的工作，这是当今和将来的工程师将面对的典型挑战。工程师们需要关心的内容往往很少局限于某一特殊的技术领域。

教学计划中安排有10个月的实习，所有的学生都拥有至少3个月在国外的学习或实习经历。ENSTA ParisTech的工程师教育共三年（第一年只针对通过参加公共选拔的学生）。每学年分为两学期，包含三个学时相近的大的教学模块： 公共的科学课模块（约500学时）约700学时的自主选择的科学课模块 约700学时的经济，语言，文化课模块

ENSTA 的教学同时包括一些实习和实践课题项目。第二学年（硕士课程第一年）结束前的研究实习是学生第一次接触科研的机会。第一学年，第二学年中的工业实习以及第三学年的毕业实习让学生有机会更多的了解公司。为了向学生提供国际经验，学校要求学生有一段在国外的教育经历。这种经历可以是很多形式，例如公司里的实习，合作学校的学习等。

“工程师文凭” 教学二年级（相当于工科硕士一年级）以两个半月的理科核心课程为开端，期间主修应用数学和统计数学，力学，编程以及信息技术。

第二学期，学生有数个可自选的独立单元课程。针对目前的科研发展，这些课程为学生完成自主实验室科研项目（“PPL”）提供了必要的知识。（“PPL”）是一项科研性的实习。从五月上旬开始，持续时间在两个月到四个月之间。学生要独自在 ENSTA 的校内实验室或是学校在法国或者国外的科研合作队伍中完成个人的科研项目。除了理工科课程以外，学生要接受法律，经济，管理，文化，交流和外语教学。这些课程贯穿整个全年，除了最后学生做 PPL 的两个月。

工科硕士的第二年针对工业应用，主攻高级专业化课程。为此，除了全面的工程学教学，学生还将会获得成为某一个特定领域的工程师所需要的专业技能，使他们能在这个领域开启自己的职业生涯。

学生需要在学校提供的专业中作出选择。某个专业有四个单元的课程，每个单元课程包括84小时的教学时间。对于大部分专业，学生能在众多的单元课程中进行选择。这些选择主要取决于他们对自己将来的职业道路的规划和侧重点。学校通常组织教学旅行，以便让学生们能对相关的职业有更具体的认识。专业方向选择

除了经济，管理，法律的课程外，学生还将参加ATHENS programme。同时，学校还设有语言，求职面试课程。工程师教育以第二学期的毕业实习（“PFE”）结束。它通常以公司实习的形式进行，学生以年轻工程师的身份在法国或者国外的公司实习。毕业实习项目也可以在某一研究机构的实验室做先进的科研项目。

毕业实习项目（法语页面）

公司实习在锻炼工程师学生的过程中起着重要的作用。它是连接职业世界不可替代的桥梁，通过它，学生认识到职业世界的多样性，利害关系和需求。它同时也让学生对工程师这个职业有了更清楚的认识，帮助他选择将来自己希望工作的领域。

学校有将近700 名辅助教师。这些教师都是专职工程师。他们在 ENSTA 的教学中给学生提供了最新工业领域的专门知识。学校第三年的课程（从本质上来说更具实践性）是这一系统的最大受益者。每一个专业都有一名学校的专职教师授 课，他们从学校的辅助教师那里得到各种帮助，而辅助教师们也在需要时与其余老师商讨某些特殊的知识点。

为了呼应工业界的普遍意愿和发展对环境的考虑更周到、更节能的公共机动能力，电动车辆工程专业硕士的课程由4个巴黎高科的工程师大学校（国立高等工程技术学院（Arts et Métiers ParisTech），国立高等先进技术学院（ENSTA Paristech），国立高等矿业学院（Mines ParisTech），国立高等路桥学院（Ecole des Ponts ParisTech）），在雷诺公司的合作下，与法国电力集团和汽车产业集团的支持下联合开设。

这种直接面向未来汽车产业需求的职业化创新技术的培训，目标在于取得和加深从传统内燃机车辆到电动车辆转变所需必要的技术知识。

由此，我们学校提供给学生两门专攻课程： 一门基于陆路运输的机械和电力设计

另一门基于其他会因电动汽车的大规模引入而带来重要影响的行业

同时，公共核心课程是从10月到12月，在巴黎高科的四所学校内完成的。电动车辆的可持续机动性这一难题及其影响 电动车辆能量学 电动车辆设计工具

名为 “电动车辆能量控制：从分配网络到车轮” 的选修课将从1月到3月底在里尔的国立高等工程技术学院中心完成。传统机电到车轮马达的转换 静态转换（电力电子技术）能量储存

系统的控制和指挥大作业

名为 “电动汽车的建造与设计” 的选修课将从1月到3月底在国立高等先进技术学院完成。运用于电动汽车的机械工程技术 运用于电动汽车的电气工程技术 机械系统和电气系统的耦合

法国SAFT 公司是世界著名的锂电池生产公司，其各种型号锂离子电池已广泛应用于卫星、UUV（无人水下航行器）以及各类便携式电子设备上。据美国能源杂志报道，上世纪末，SAFT英国分公司就曾与英军合作研制过一款24 V，12Ah 容量的锂电池。目前该公司生产的圆柱型单体锂离子电池比能量达到143 Wh/kg，80%DOD 的比功率345 W/kg，为装备潜艇而制造的锂离子动力电池，单体容量为3000 Ah 级。

在电池设计、正负极材料制备工艺、电解液及其添加剂改进、电池生产工艺和一体化电 池保护电路等方面进行了深入研究，并将大量研究成果运用到了生产实际中。

锂离子动力电池具有能量高、重量轻、绿色环保无污染等优点，应用范围广泛，其应用领域包括数码产品、家用电器、电动工具、电动汽车、航空、航天和武器装备等。

法国政府给予电动汽车高度重视和支持，出台了许多鼓励研发和生产产业化的优惠，支持，补贴和扶持政策。法国政府，法国电力公司，标致-雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司签署协议，共同承担开发和推广电动汽车，并且合资组建了电动汽车的电池公司--萨夫特公司承担电动汽车的高能电池的研究和开发。