鋰電池生產(chǎn)標準化的探討

姜放

摘 要：伴隨著電動汽車和綠色能源行業(yè)的興起，在動力和儲能應用領域有著優(yōu)異表現(xiàn)的鋰電池得到了較快發(fā)展。但受限于技術水平，鋰電池的發(fā)展遇到瓶頸并一定程度上限制了其應用。本文旨在探討標準化在鋰電池生產(chǎn)領域的可行性，以期突破技術限制，擴展鋰電應用。

關鍵詞：鋰電池;標準化;技術限制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.110

鋰電池因其在能量密度、循環(huán)壽命、安全性等方面具有較好的綜合性能而得到了廣泛應用，在電動汽車領域更是占有重要地位。目前，鋰電池的充電速度、續(xù)航里程、使用壽命等參數(shù)是評價電動車性能的重要依據(jù)。

1 鋰電池的局限

化學電池的性能主要體現(xiàn)在能量密度、充放電速率、循環(huán)壽命、安全性等方面。目前常見的鋰電池材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元鋰、磷酸鐵鋰和鈦酸鋰，其性能對比如表1所示。

通過對比可知，鋰電池的幾大性能指標之間存在相互制約的關系。目前從綜合性能的角度出發(fā)，動力鋰電池采用較多的是磷酸鐵鋰和三元鋰。

受當前技術水平的制約，鋰電池的發(fā)展遇到了能量密度和充放電倍率兩個瓶頸。從表1可知，當前鋰電池的能量密度為200Wh/kg，近期預計能提升到300Wh/kg，遠期計劃達到500Wh/kg[3]。即便預想的性能提升均能實現(xiàn)，鋰電池的能量密度相比汽油的12000Wh/kg依然偏低。這就限制了電動汽車的續(xù)航能力，其長距離行駛中必然需要多次充電。目前，動力鋰電池的常規(guī)充電速率為1C，充至滿電狀態(tài)的典型時間為3小時左右。相對于燃油車數(shù)分鐘的加油時長，電動車漫長的充電時間給車輛使用帶來諸多不便。雖然一些動力鋰電池的極限充電速率可達4-5C，但這樣的充電速度會犧牲電池的使用壽命，不可長期使用。同時，過快的充電速度也會影響鋰電池的安全性，加大熱失控的風險[4]。

由此可見，鋰電池使用中面臨的主要問題是容量受限和充電時間過長。這使得目前的電動汽車相對傳統(tǒng)的燃油汽車顯得“跑不遠、?？烤谩?。同時，鋰電池的理論使用壽命雖然較長（可達10年），但受到使用工況、環(huán)境溫度等的影響，動力鋰電池的實際壽命往往只有5-7年。這就導致電池的壽命比車輛要短，車輛全壽命期內(nèi)電池需要更換，從而顯著增加了電動車的使用成本。因此，鋰電池的局限制約了電動車的發(fā)展，而要想突破這種局限需要電化學和材料領域取得突破性進展，這在當前難以預期。

2 鋰電池標準化生產(chǎn)的優(yōu)勢

在技術突破尚未可期的當下，我們可以通過改變鋰電池的生產(chǎn)和應用模式來繞開部分技術問題，推進鋰電池的應用。由國家對鋰電池生產(chǎn)工藝進行評估，選取技術與經(jīng)濟上有優(yōu)勢的工藝為行業(yè)標準，進行單體、電池包、接口等統(tǒng)一的規(guī)范化生產(chǎn)。同時，車載電池封裝成可人工現(xiàn)場裝卸的插拔式模塊，模塊規(guī)格統(tǒng)一并可根據(jù)實際需求加裝工況指示、散熱等附件。插拔式電池模塊的示意圖如圖1所示。

這種生產(chǎn)、應用方式具有如下優(yōu)勢：

（1）電池通用性提高，同類型車輛的電池可以互換，降低了電池的使用和維護成本。

（2）電動車可以和電池解綁銷售，電池可以采用租賃使用或者僅作為出售電能的容器收取服務費，從而大大降低電動車購買和養(yǎng)護費用。

（3）電動車補充電能時可以直接在充電站快速更換電池模塊，能夠大大節(jié)省充電時間。

（4）可插拔式電池模塊體積適中，便于運輸，可以采用汽車運載，提供移動充電和應急電源的服務，增強了鋰電池的使用靈活性，擴展了應用領域。

（5）充電站可以利用每天的用電低谷時段為電池模塊充能，提高低谷電網(wǎng)閑置電能利用率，在幫助市政電網(wǎng)“削峰填谷”的同時還可以利用峰谷銷售電價差額獲利。這樣既利于節(jié)能，又利于充電站的經(jīng)營。

綜上所述，通過鋰電池標準化生產(chǎn)，可以避開當前的技術瓶頸，利用現(xiàn)有的技術手段改善和擴展鋰電池的應用。

3 結(jié)論

在現(xiàn)有技術條件下，通過鋰電池生產(chǎn)標準化統(tǒng)一化，可以克服電池技術上的部分不足，使鋰電池的應用通用化、便捷化、低成本化。在電動車行業(yè)快速發(fā)展的今天，規(guī)格統(tǒng)一、性能穩(wěn)定的鋰電池將為清潔能源的應用和普及注入新的活力。

參考文獻：

[1]D D MacNeil，Zhonghua Lu， Zhaohui Chen，etc.A comparison ofthe electrolyte reaction at elevated temperatures for variousLi-ion battery cathodes[J].Power Source，2002（108）：8-14.

[2]何向明，李建剛，王莉等.鋰離子電池發(fā)展的前瞻—第14屆國際鋰電池會議評述[J].電池，2008，38（04）：221-224.

[3]國務院.中國制造2025[R].國發(fā)（2015）28號，2015.5.19.

[4]覃迎峰，周震濤.鋰離子動力電池過充行為的研究[C].中國電池工業(yè)協(xié)會，電池工業(yè)編輯部，2003：121.