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鋰離子電池是什麼?原材料與歷史發展



鋰離子電池是什麼?

鋰離子電池(LithiumIonBattery,縮寫為LIB),又稱鋰電池。鋰電池分為液態鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)2類。其中,液態鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負極的二次電池。電池正極採用鋰化合物LiCoO2或LiMn2O4,負極採用鋰 -碳層間化合物。

鋰電池是迄今所有商業化使用的二次化學電源中性能最為優秀的電池,這也是促進鋰電池用於電動助力車的一個關鍵因素。


鋰電池的原材料

鋰離子電池由正負電極、電解質、聚合物隔離膜及保護電路芯片組成,鋰電池的上游有正極材料、負極材料、隔膜、電解液、鋰資源等。


鋰電池發展的障礙

鋰離子電池也存在許多缺陷:循環壽命短,充電電路複雜,對電池內部保護電路的要求很高等,尤其對全密封鋁殼封裝的鋰離子電池來說,在其安全保護的設計上存在一個極其致命的缺陷。


鋰電池的市場前景

目前動力電池主要是鎳氫電池和鋰電池2種形式,混合動力電池目前多採用鎳氫材料,但由於鎳氫電池的一些技術性能已經接近理論極限值,因此並不被認為是未來 的發展方向。相對而言,鋰離子電池由於工作電壓高、體積小、質量輕、能量密度大、無記憶效應、無污染、自放電小、循環壽命長,得到廣泛的認可。


自從商業化以來,鋰離子電池不斷攻城略地,已在便攜式電器如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到普遍應用。鋰電池電解液目前主要用於手機、數碼相機、手提電腦等電子產品以及礦燈,約佔鋰離子全部使用量的90%;已經獨霸手機和手提電腦等高端市場,成為各類電子產品的主力電源。電子產品、礦燈等用鋰電池的需求將保持每年10%的穩定增長。


目前開發的大容量鋰離子電池已在電動汽車中開始試用。雷天鋰離子動力電池與汽車產業巨頭一汽集團合作,重點開發鋰離子電動商務中巴、鋰離子電動豪華大巴、鋰離子電動城市大巴3種車型,並在長春和無錫生產基地投產,計劃2009年大批量生產。安裝「雷天」鋰離子動力電池的大客車,充電20min即可以 130km時速行駛300km左右路程,而每行駛100km耗電僅18度。日本及海外汽車廠商紛紛開始在乘用車上採用鋰離子充電電池。在日本國內廠商中,豐田汽車、富士重工業、三菱汽車已經決定採用,而在歐美,戴姆勒也表示採用。德國奧迪、美國通用汽車也準備在 2010年採用。


在目前的混合動力汽車及未來的電動汽車改採用或將採用的電池中,存在著鎳氫電池與鋰電池之爭。與鋰電池相比,鎳氫電池具有續航能力不足以及不能外插式充電等缺陷。市場分析人士認為,隨著鋰電池技術的提高,以及大規模製造導致成本降低,未來有可能替代鎳氫產品成為HEV動力電池的主流。鋰電池代表的是混合動力汽車動力電池的未來,而目前從成本和商業化的角度看,更現實的選擇是鎳氫電池。鎳氫動力電池剛剛進入成熟期,是目前混合動力汽車所用電池體系中唯一被實 際驗證並被商業化、規模化的電池體系,全球已經批量生產的混合動力汽車全部採用鎳氫動力電池體系。


現有混合動力電池99%的市場份額為鎳氫動力電池,商業化的代表是豐田的普銳斯。預計,到2020年前,非鎳氫混合動力電池的佔有市場份額不到20%,鎳氫混合動力電池的市場前景看好。在未來的8~10年,鎳氫動力電池仍是新型混合動力汽車的動力電池體系的主導產品。

有關專家曾樂觀地預期,至2016年鋰離子電池市場總產值有望挑戰100億美元。預計將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一,並將在人造衛星、航空航 天和儲能方面得到應用。其未來的市場前景十分廣闊,被視為21世紀發展的理想能源。作為伯克希爾·哈撒韋公司的董事長,世界股神沃倫·巴菲特就曾劍指新能 源動力。2008年9月巴菲特旗下的中美能源宣佈以2.32億美元購入比亞迪約2.25億股,鋰電池的魅力由此可見一斑。


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