汽车新能源之锂电池技术应用(已处理)

汽车新能源之锂电池技术应用（已处理）汽车新能源之锂电池技术应用

摘要

面对全球日益严峻的能源形势和环保压力,近年来,世界主要汽车生产国都把新能源汽车产业发展作为提高汽车产业竞争力、保持经济社会可持续发展的重大战略举措。我国新能源汽车产业发展尚处于起步阶段,当前面临的发展现状主要是资金、人才均有较大缺口;市场宣传力度还不够;新能源汽车的技术还未取得全面突破;政策的扶持力度上也不够细化。面对这些问题还需要政府企业提出相关的发展对策,进一步完善新能源汽车技术消费市场环境。我国作为能源消耗大国,发展新能源汽车产业是低碳经济时代必然的选择。同时,新能源汽车的产业发展也将是汽车行业的新向导。

关键词:新能源汽车; 锂电池技术;

Abstract 本科生毕业论文

题目:汽车新能源之锂电池技术应用

专业代码:汽车服务工程

作者姓名:

学号: 2009401143

单位: 汽车与交通工程学院

指导教师: 2013年 5月 20日汽车新能源之锂电池技术应用

前言

目前,各国能源消费依然严重依赖石油,而石油储量有限的事实向全球经济发展提出了严峻的挑战。自2006年起,中国取代日本成为仅次于美国的世界第二大新车消费市场。中国能源问题已经成为国民经济发展的战略问题,并成为中国能源安全

战略的核心内容。汽车能源消耗不仅是造成全球石油短缺的主要原因,也是环境污染和全球温室气体排放的重要原因。目前有80%以上的一氧化碳、40%以上的氮氧化物以及20%~30%的城市颗粒污染物,均来自于机动车尾气的排放。环境污染的问题越来越引起我国的重视,实现交通能源动力系统转型、发展新能源汽车将是未来汽车行业发展的主要方向[1]。

欧、美、日各国把发展新能源汽车作为解决目前能源短缺的重要途径,但在不同时期的新能源汽车技术路径是不同的。总的来看,新能源汽车发展趋势可归纳为:能源逐渐由化石燃料向可再生、低排放甚至零排放的能源形式过渡是基本趋势,电能、生物燃料和氢能将是汽车能源的最终解决方案。但在电能、生物燃料和氢能最终替代化石燃料前,汽车能源呈现多元化局面。新能源汽车技术将出现多种技术共存的的局面,先进汽油车、先进柴油车、混合动力汽车、纯电动汽车、天燃气汽车、醇类燃料汽车、燃料电池汽车都将占据一定的市场份额。但是由于目前汽车新能源汽车技术繁多,每个国家在新能源汽车领域发展方向有所不同。本课题以此为出发点,着重分析目前市场上的新能源汽车之中的锂电池技术的应用。然而,电动汽车由于目前在电池技术上存在着续航能力不足,充电时

间过长等问题。通过分析本课题最终提出解决这一问题的主要方案就是加快充电站的建设,并且充电站建设将是以更换电池为主,整车充电为辅的运营模式。

锂电池简介

锂电池的产生

自从1958年美国加州大学的一位研究生提出了锂,钠等活泼金属做电池负极的设想后,人类开始了对锂电池的研究.而从1971年日本松下公司的福田雅太郎发明锂氟化碳电池并使锂电池实现应用化、商品化开始,锂电池便以其比能量高,电池电压高,工作温度范围宽,储存寿命长等优点,广泛应用于军事和民用小型电器中,如移

动电话,便携式计算机,摄像机,照相机等。近年来更是在新能源汽车中得到进一步的应用。

电池的简锂单介绍

锂电池是一类以金属锂或含锂物质作负极的化学电源的总称.由于锂的标准电极电位负值较大相对标准氢电极电位为-3.05V而且理论比容量[2]高达3.88Ah/g.因此,与常规电池相比,具有电压高3V左右,比能量大(200-450Wh/kg,可反复充放电(5000次以上),无记忆效应,无污染,工作环境宽等特点.已实用化的锂电池有Li-MnO2,Li?I2,Li-CuO,Li-SOCl2,Li-CFxn,Li-SO2,Li-Ag2CrO4等.而当这里的锂电极用碳代替时,便成了最新式的锂离子蓄电池.锂离子电池的研究始于20世纪80年代.1990年日本Nagoura等人研制成以石油焦为负极,以LiCoO2为正极的锂离子电池:LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2. 同年.Moli和sony两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池.1991年,日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳PFA为负极的锂离子电池.1993年,

美国Bellcore贝尔电讯公司首先报道了采用PVDF工艺制造成聚合物锂离子电池PLIB。发展到今天性能有了极大地提高,被广泛适用于手机、电脑等。

锂离子电池的工作原理所谓锂离子电池实际上是一种锂离子浓度差电池,正负两极由两种锂离子嵌入化合物组成。充电时,锂离子从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极,保证负极的电荷平衡,放电时则相反,锂离子从负极脱嵌,经电解质嵌入正极(这种循环被形象的称为摇椅式机制)。在正常的充放电情况下,锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物层间嵌入嵌出,因为过渡金属氧化物LiCoO2、LiNiO2中低自旋配合物多,晶格体积小,在锂离子嵌入脱嵌时,晶格膨胀收缩性小,结晶结构稳定,因此循环性能好,而且充放电过程中,负极材料化学结构基本不变,因此从充放电反应的可逆性看锂离子电池反应是一种理想的可逆过程。人们将这种靠锂离子在正负极之

间的转移来完成电池充放电工作的,独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”,俗称“锂电”。

◎当电池充电时,锂离子从正极中脱嵌,在负极中嵌入,放电时反之。这就需要

一个电极在组装前处于嵌锂状态,一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极,如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。

◎作为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物,如各种碳

材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOzx0.4~0.6,y0.6~0.4,z2+3x+5y/2等。

◎电解质采用LiPF6的乙烯碳酸脂(EC)、丙烯碳酸脂(PC)和低粘度二乙基碳酸脂(DEC)等烷基碳酸脂搭配的混合溶剂体系。

◎隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它们复合膜,尤其是PP/PE/PP三层隔

膜不仅熔点较低,而且具有较高的抗穿刺强度,起到了热保险作用。

◎外壳采用钢或铝材料,盖体组件具有防爆断电的功能。

锂离子电池的应用

锂离子电池的一个应用方向是电动汽车.进入20世纪80年代,由于工业的发展,汽车产量巨增,大气污染成分的63%来自燃油汽车,为了根治汽车尾气对环境造成的污染,电动汽车及电动汽用电池的开发研究已经国内外汽车行业发展的新热点,而目前电动汽车商品化的难题主要是电池性能满足不了要求,而且价格高,体积大,质量大,而锂离子电池由于具有比能量高,自放电小,循环寿命长,无记忆效应和对环境污染小等优点,成功晋级为“实现中期目标的电动汽车动力电池”之一。目前,在锂离子动力电池研究方面领先的厂商有日本Song、德国Va r t a和法国Saft。而未来,具更高能量的聚合物锂离子电池(PLIB)将成为远期目标的电动车用锂离子电池。

制约电动汽车发展的锂电池四大技术难题