第一篇：動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)與我司氣凝膠材料關(guān)聯(lián)報(bào)告

動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)與我氣凝膠材料關(guān)聯(lián)報(bào)告

（一）動(dòng)力電池

1.1動(dòng)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(shù)改造升級(jí)，已廣泛用作內(nèi)燃機(jī)汽車的起動(dòng)動(dòng)力源。也是成熟的電動(dòng)汽車蓄電池，它可靠性好、原材料易得、價(jià)格便宜；比功率也基本上能滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力性要求。但它有兩大缺點(diǎn)；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(shí)；kg是千克(重量單位)，L是升(體積單位)】，所占的質(zhì)量和體積太大，且一次充電行駛里程較短；另一個(gè)是使用壽命短，使用成本過高。

1.1.2鎳鎘電池：應(yīng)用廣泛程度僅次于鉛酸蓄電池，其比能量可達(dá)55W·h/kg，比功率超過190W/kg?？煽焖俪潆姡h(huán)使用壽命較長(zhǎng)，是鉛酸蓄電池的兩倍多，可達(dá)到2000多次，但價(jià)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(shì)，因此其長(zhǎng)期的實(shí)際使用成本并不高。缺點(diǎn)是有“記憶效應(yīng)”，容易因?yàn)槌浞烹姴涣级鴮?dǎo)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(yīng)”，應(yīng)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(zhǎng)，無記憶效應(yīng)，但價(jià)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(shì)，因此其長(zhǎng)期的實(shí)際使用成本并不高。目前國(guó)外生產(chǎn)電動(dòng)汽車鎳氫蓄電池的公司主要是Ovonie、豐田和松下的一個(gè)合資公司。Ovonie現(xiàn)有80A·h和130A·h兩種單元電池，其比能量達(dá)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(dòng)汽車上試用，其中一類車一次充電可行駛345公里。由于價(jià)格較高，目前尚未大批量生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)已開發(fā)出55A·h和100A·h單元電池，比能量達(dá)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(diǎn)是：重量輕、儲(chǔ)能大、無污染、無記憶效應(yīng)、使用壽命長(zhǎng)。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(guó)從二十世紀(jì)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(jìn)展，研制出了完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋰離子電池。專家預(yù)測(cè)未來歐美市場(chǎng)需求將達(dá)到一萬億歐元，而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)亦會(huì)達(dá)到上萬億人民幣，磷酸鐵鋰目前正處于高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。同時(shí)，國(guó)家發(fā)改委最新發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》，把鋰離子電池等高技術(shù)綠色電池的制造作為高新技術(shù)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(zhì)，鋰離子電池的電解質(zhì)是液態(tài)的，聚合物電池的電解質(zhì)是膠體型、或者固態(tài)聚合物。聚合物鋰電池的反應(yīng)原理和鋰離子電池一樣，一般以軟包的形式，形狀可塑性強(qiáng)；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(shù)背景 1.2.1定義：

鋰電池的全稱應(yīng)該叫鋰離子電池（簡(jiǎn)稱LIB），在20世紀(jì)90年代 初索尼公司將鋰電池產(chǎn)業(yè)化。它以碳為負(fù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)：

鋰離子電池由正極、負(fù)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(fù)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(jī)電解液，大部分是由六氟磷酸鋰（LiFL6）加上有機(jī)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(yīng)結(jié)晶而成）隔膜：一種特殊的復(fù)合膜，它的功能是隔離正負(fù)極，阻止電子穿過，同時(shí)能夠允 從而完成在電化學(xué)充放電過程中鋰離子在正負(fù)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(dòng)力汽車（HEV）、插電式混合電動(dòng)汽車（PHEV）、純電動(dòng)汽車（EV）、燃料電池汽車（FCV）。

新能源汽車對(duì)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(zhǎng)。動(dòng)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(shù)比較成熟，但它們用在汽車上作為動(dòng)力電池則存在較大的問題。鉛酸電池作為比較成熟的技術(shù)，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(dòng)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(dòng)力源的電動(dòng)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(jià)格較高，且用完遺棄后對(duì)環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)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(dòng)力電池。鋰電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：體積小、質(zhì)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(dá)165WH/㎏，是氫鎳電池的3倍)、循環(huán)壽長(zhǎng)、自放電率低、無記憶效應(yīng)、無污染、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。

其中，鋰電池材料又可分為電極(正極/負(fù)極)材料、隔膜和電解質(zhì)。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(fù)極材料則以石墨、固體碳粒為主；在正負(fù)極中間則是電池電解液和隔膜。而鋰離子電池目前在市場(chǎng)上運(yùn)用最廣泛的就是磷酸鐵鋰電池。2.1動(dòng)力電池原材料分析

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

3.鎳氫電池是鎳鎘電池的改進(jìn)，比能量能達(dá)到60－80Wh/kg，且具有充電速度快、基本無記憶效應(yīng)、無環(huán)境污染，安全性高的特點(diǎn)，目前作為汽車動(dòng)力電池的生產(chǎn)技術(shù)基本成熟。4.目前在動(dòng)力電池行業(yè)，鎳氫電池占主導(dǎo)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(shù)成熟是鎳氫電池目前在全球普通混合動(dòng)力汽車（HEV）電池中占主導(dǎo)地位。

鎳氫動(dòng)力電池目前占主導(dǎo)地位主要是現(xiàn)有混合動(dòng)力車的電池能量?jī)H1－2kWh，不能純電動(dòng)行使或純電動(dòng)續(xù)航3km以下。從更長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，鎳氫無法應(yīng)用在PHEV、EV上。主要因?yàn)椋?/p>

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(jià)格較高，制造大能量的電池成本將會(huì)更高；

鎳氫電池技術(shù)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(diǎn)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(dòng)汽車的續(xù)航能力； 功率更高、自放電小、無記憶效應(yīng)，這些特點(diǎn)都能提高電動(dòng)車的使用便利性； 原材料成本價(jià)格低；

技術(shù)提升空間大，成本下降空間大。

鎳氫電池由于技術(shù)成熟和安全性好，是目前混合動(dòng)力汽車（HEV）電池的主要選擇，但難以滿足更高電動(dòng)化程度需求；鋰電池是下一代電動(dòng)車電池的最佳選擇，預(yù)計(jì)未來三年左右將替代鎳氫成為電動(dòng)汽車電池的主流。國(guó)內(nèi)企業(yè)在鎳氫動(dòng)力電池市場(chǎng)的機(jī)會(huì)窗較小，日本企業(yè)從混合動(dòng)力汽車到鎳氫動(dòng)力電池已建立絕對(duì)主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)；鎳氫動(dòng)力電池市場(chǎng)規(guī)模繼續(xù)成長(zhǎng)的時(shí)間窗只有3年左右；并且鎳氫市場(chǎng)總?cè)萘坑邢?，高峰期估?jì)不會(huì)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(jìn)入小批量生產(chǎn)階段，預(yù)計(jì)到2015年全球PHEV、EV銷量有望達(dá)到數(shù)十萬甚至百萬輛級(jí)別、正式進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)階段。各種綠色汽車技術(shù)將長(zhǎng)期共存、互為補(bǔ)充，綜合考慮技術(shù)成熟度和節(jié)能減排潛力，電動(dòng)汽車尤其是插電式混合動(dòng)力（PHEV）和純電動(dòng)汽車（EV）很有可能成為中長(zhǎng)期內(nèi)（2015－2030年）最重要的技術(shù)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(dòng)力源。磷酸鐵鋰（LiFePO4，簡(jiǎn)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(xué)式為L(zhǎng)iMPO4，（M 可以是任何金屬，如

Fe，Co，Mn，Ti等）。

? 其物理結(jié)構(gòu)為橄欖石結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)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(jià)格低且磷，鐵，鋰在地球上的資源含量豐富，供料不會(huì)存在很大問題。

? 除具有鋰電池的共性特點(diǎn)外，還有一些特有的優(yōu)點(diǎn)，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(zhǎng)（高達(dá)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(diǎn)分析

（一）: ? 優(yōu)點(diǎn)

1.LiFePO4電池的標(biāo)稱電壓是3.2 V（穩(wěn)定的放電平臺(tái)）、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(biāo)準(zhǔn)放電為2～5C、連續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電（10S）可達(dá)20C；

3.工作溫度范圍寬廣（-20 ℃ ——＋75 ℃），高溫時(shí)性能良好：外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)安全、完好；

4.即使電池內(nèi)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(shí)驗(yàn)室制備的磷酸鐵鋰單體電池在進(jìn)行IC的循環(huán)測(cè)試時(shí)，循環(huán)壽命高達(dá)2000次。6.過放電到零伏也無損壞，零電壓存放7天后電池?zé)o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(fù)到

100%。

7.可快速充電，自放電少，無記憶效應(yīng)：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(nèi)即可使電池充滿，起

動(dòng)電流可達(dá)2C, ； 8.低成本； 9.對(duì)環(huán)境無污染。

磷酸鐵鋰的特點(diǎn)分析

（二）: ? 缺點(diǎn)

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

2.鋰離子擴(kuò)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(kuò)散距離，再者就是摻雜改善鋰離子的擴(kuò)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(yīng)用到實(shí)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(shù)。3.振實(shí)密度較低。一般只能達(dá)到0.8-1.3，低的振實(shí)密度可以說

是磷酸鐵鋰的最大缺點(diǎn)。但這一缺點(diǎn)在動(dòng)力電池方面不會(huì)突出。因此，磷酸鐵鋰主要是用來制作動(dòng)力電池。

4.磷酸鐵鋰電池低溫性能差。在0℃時(shí)的容量保持率約60～70％，-10℃時(shí)為40～55％，-20℃時(shí)為20～40％。這樣的低溫性能顯然不能滿足動(dòng)力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠家通過改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升。

（三）純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)原理圖和蓄電池組圖

（四）氣凝膠保溫材料運(yùn)用在動(dòng)力電池的分析

1.由于動(dòng)力電池工作溫度范圍寬廣（-20 ℃ ——＋75 ℃），高溫時(shí)性能良好：外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)安全、完好；

2.磷酸鐵鋰電池低溫性能差。在0℃時(shí)的容量保持率約60～70％，-10℃時(shí)為40～55％，-20℃時(shí)為20～40％。這樣的低溫性能顯然不能滿足動(dòng)力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠家通過改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dú)特性優(yōu)勢(shì)

1.由于汽車的內(nèi)部空間有限，對(duì)動(dòng)力電池箱大小尺寸設(shè)計(jì)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(dá)到同樣的效果，我們的厚度大大減少，可以滿足在箱內(nèi)的包裹。

2.由于我們材料抗拉抗壓性能好，使用壽命長(zhǎng)，適合動(dòng)力汽車長(zhǎng)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(jìn)入電池組，進(jìn)而對(duì)電池起了很好的外層保護(hù)。

4.我們的材料通過了A1級(jí)防火測(cè)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(hù)了人員生命財(cái)產(chǎn)安全。

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

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