动力电池的研究现状与发展方向

动力电池的研究现状与发展方向

作者：武立朱宇婷王晓辉任晓杰

摘要：能源危机日益加重,寻求替代能源已迫在眉睫。随着科学技术的迅猛发展和环保意识不断增强，人们对移动耗电设备的使用和需求不断增大，动力电池的研究也变得至关重要。目前动力电池的应用范围也越来越广泛，因此文章针对动力电池在不同领域的应该用进行了综述。主要介绍了不同应用领域的动力电池的工作原理和性能特点, 讲述了动力电池的基本状况及发展趋势, 使人们对动力电池有一个全面的认识。

Abstract: the energy crisis getting worse, to seek alternative energy is imminent. Along with the rapid development of scientific technology and continuously enhance the consciousness of environmental protection, people on the mobile power consumption equipment use and demand increase, and power battery research also becomes very important. At present the application range of the power battery more and more widely, therefore according to power battery in different fields should use was reviewed in this paper. Mainly introduces the different application field of power battery principle of work and performance characteristics, tells the story of the battery

power basic conditions and the development trend, that people power battery has a comprehensive understanding of the.

关键词：动力电池发展状况研究现状比能量

Keywords: power battery 、development condition、than energy situation

前言：随着能源问题的日益突出,世界范围内兴起了对替代化石能源的可再生绿色能源的研究。20 世纪末迅猛发展起来的电子信息产业极大地推动了绿色能源技术的发展及其产业化。

进人21 世纪,各种便携、可再生能源的研发越来越系统、成熟,相关产业更是在近年进人蓬勃发展期。动力电池是指具有较大电能容量和输出功率, 可配置电动自行车、电动汽车、电动设备及工具驱动电源的电池, 通常也包括军事(潜艇, 高级智能机器人等) 及企事业单位使用的蓄能设备通讯指挥系统的常备电源等[ 1]。如今，为了满足人们对移动耗电设备的使用和电源系统的便携性的要求,二次电池的发展显得举足轻重。新兴的电动自行车、电动汽车的开发和商业化生产，无人水下航行器UUV的发展，使得社会对新型绿色动力电池的需求大幅度增加。（Ni一MH动力电池用负极材料的研究现状，2008 年12 月第22卷第12 期)

1电动车用动力电池的研究概况

为了减少对石油的依赖程度, 控制环境污染和温室效应, 电动车作为一种绿色交通工具, 它的开发正在受到各国的重视. 电池是电动车的心脏, 电动汽车的开发关键在于动力电池的竞争. 但由于目前动力电池的比能量不够高、充电时间长、一次充电行程短、安全性差、电池成本高等原因, 尚不能得到大范围推广, 所以电动车用动力电池的发展成了电动车发展的瓶颈[2]。

1. 1铅酸蓄电池

铅酸电池的正负电极分别为二氧化铅和铅, 硫酸为电解液。其反应机理如下:

[4]。

铅酸电池具有历史悠久, 开路电压高, 成本低廉, 使用可靠, 原材料丰富及铅回收率可达90%等优点,被各国电动车采用. 但铅酸电池随着充放电次数的增加, 容量会逐渐衰减, 而且比能量较低、比功率较小、生产过程造成污染。在电动车需求的刺激下, 铅酸电池的研究也取得了很大的进展, 但是作为电动车动力使用仍然面临巨大的挑战, 即必须在以下三个问题上有所提高: 提高比能量和比功率, 提高循环寿命, 快速充电[ 3.]。

目前，采用新型板栅合金材料以减少极板质量, 采用新型结构设计减少电池质量, 采用新型添加剂和铅膏配方提高活性物质的利用率，改

进电池隔板( 如采用富液式隔板, 适当地提高电解液的用量, 达到提高循环寿命的目的采用胶体电解质, 采用管形正极板( 管形正极做密封蓄电池, 国外的经验认为必须用胶体以及用PVC隔板取代吸液式隔板，改进电池结构以降低欧姆内阻,改进膨胀剂的性能等措施来提高铅酸电池的性能。为了解决电动车用铅酸电池的主要三大技术难关, 国际铅锌研究组织于1992年发起成立了先进铅酸电池联合会(ALABC) . 通过ALABC组织的两个阶段的攻关开发, 电动汽车和混合电动车( EV/HEV) 用的铅酸电池已经取得了重大进展. 表1为EV 用铅酸电池近年来的进展情况.[3]

[3]

1.2.1MH/Ni 蓄电池

金属氢化物镍蓄电池(简称Ni-MH 电池)是一类利用贮氢合金的电化学吸放氢特性制备的绿色二次电池,具有容量密度较高、可快速充放电、无记忆效应、耐过充过放以及环境污染小的特点[5]。

（1） AB5型贮氢合金

以La、Ni元素为主的AB5系稀土合金,最大贮氢容量在300一340n1Ah/g之间。Philips研究所解决了其循环性差的问题后,有文献报道在合金中掺杂不同组分可以提高合金的工作性能[6]。此材料在二次电池中的应用已相对较成熟。由于AB5型贮氢合金的发展受到材料本身结构的局限,随着研究的深入,这些年来逐渐进行了非AB5型贮氢合金的相关研究。

（2）AB2型贮氢合金

1996年高性能的AB2型贮氢合金作为负极的Ni一MH 二次电池首次被报道。韩国的某究小组对Zr基AB2型贮氢合金做了较为系统的研究【7】。现今,美国的Ovenic公司研制的此类合金容量已达到440m Ah/g,同时循环寿命已达到1000次【8】。这种合金虽然有容量大，循环性好的优点，但是在活化以及高倍率工作方面还存在一些问题。

1.2.2新型贮氢合金

(1) 含Mg合金的研究

Mg 系合金具备高容量性能,Mg2NiH4;的理论放电容量为965m Ah/【9】。此类合金的研究集中在Mg-Ni、La-Mg-Ni 和Mg-Ni-Cu系及相关复合材料、固溶体上。虽然首次循环放电容量可观,但此类合金最大的缺陷是无法克服Mg 在碱液中的腐蚀行为,因而无法保持循环容量。为解决这一问题，可利用目前已知的有效抗腐蚀方法。如合金表面处理