【正文】 電動汽車用高性能磷酸鐵鋰動力電池研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目可行性報告電動汽車用高性能磷酸鐵鋰動力電池研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目可行性報告一、立項依據(jù)（一）項目的目的及意義在石油資源日漸短缺、環(huán)境污染日益嚴重的今天，能源、資源、環(huán)境與人類社會的和諧發(fā)展日益成為關(guān)注的焦點，尋求開發(fā)傳統(tǒng)石化能源的替代能源、實現(xiàn)無害資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展、謀求人與環(huán)境的和諧，實現(xiàn)汽車等主流交通工具能源供給清潔化顯得尤為迫切。今天電動汽車的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為了現(xiàn)實，高能密度、大容量、低成本電池的需求愈來愈強烈。全世界現(xiàn)在運行著近5億輛轎車，其尾氣是造成大氣污染的主要原因之一。隨著全世界石油資源的逐漸枯竭，必須尋找合適的替代能源。上世紀90年代以來，全球汽車大公司紛紛轉(zhuǎn)向研究動力汽車，投入巨資展開激烈角逐。豐田公司應(yīng)用混合動力技術(shù)的Prius車于2005年在中國上市，引領(lǐng)全球汽車界向綠色節(jié)能方向發(fā)展。根據(jù)豐田汽車公司的測試，%；％，％。我國也于十五期間啟動實施了電動汽車重大專項，順應(yīng)了世界汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流，對于提升我國汽車工業(yè)的核心競爭力，實現(xiàn)跨越式發(fā)展發(fā)揮了重要作用。根據(jù)中國汽車工業(yè)發(fā)展規(guī)劃的要求，中國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標是：到2010年，電動汽車保有量占汽車保有量的5%10%，年生產(chǎn)銷售電動汽車150萬輛以上；到2030年，電動汽車保有量占汽車保有量50%以上，年生產(chǎn)銷售電動汽車1000－1950萬輛。目前電動車動力電池主要有四種：鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池和鋰動力電池。從現(xiàn)在的水平看還各有優(yōu)勢，但隨著人們環(huán)境意識的逐漸提高，以及鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池自身的劣勢，它們必將逐漸退出歷史舞臺，因此鋰離子動力電池具有廣闊的應(yīng)用前景。在這種背景下，作為電動汽車能源供給之源——電源的研究顯得非常重要。如上所述，在現(xiàn)有的各種動力電源系列產(chǎn)品中鋰離子電池具有最良好的應(yīng)用前景，但是鋰離子電池因所用電極材料體系不同其性能又有著千差萬別?，F(xiàn)在研究較為成熟的正極材料鈷酸鋰，由于其安全性較差，只作為常規(guī)的中小容量電池的正極材料，基本上不具備制作大容量高功率動力電池的可能性。磷酸鐵鋰電池是近幾年來開始引起廣泛關(guān)注的新型鋰離子電池，由于磷酸鐵鋰(LiFePO4)材料具有比能量高、循環(huán)壽命長、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性能好、成本低廉，作為動力電池具有質(zhì)量比能量高、單位價格/壽命低、工作電位高等諸多優(yōu)勢；另外磷酸鐵鋰材料無任何有毒有害物質(zhì)不會對環(huán)境構(gòu)成任何污染，被世界公認為綠色環(huán)保電池材料，該材料無論在生產(chǎn)及使用中均無污染，它正成為中大容量、中高功率鋰離子動力電池首選的正極材料。磷酸鐵鋰電池作為動力型電源，必將成為鉛酸、鎳氫及錳、鈷等系列電池最有前景的替代品。因此，磷酸鐵鋰電池被認為是標志著“鋰離子電池一個新時代的到來”。聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點，用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼不會產(chǎn)生漏液與燃燒、爆炸等安全性的問題，可提高整個電池的比容量，同時電池的工作電壓和充放電循環(huán)壽命等電化學(xué)性能比液態(tài)鋰離子電池有所提高。本項目充分利用磷酸鐵鋰(LiFePO4)正極材料和聚合物鋰離子電池的優(yōu)越性，開發(fā)新型容量具有4060 Ah高功率聚合物LiFePO4動力電池產(chǎn)品。利用聚合物電池本身特有的安全性能使大容量高功率聚合物LiFePO4動力電池的安全性得以進一步提高，提升綜合電化學(xué)性能滿足汽車對能源供給的需求。二十一世紀可謂是“呼喚綠色環(huán)?！钡臅r代，不但要求人們注重節(jié)約能源，更重要的是要求人們更加注重居住環(huán)境和綠色環(huán)保，以實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展。我國石油資源比較貧乏，并且燃油與尾氣排放的污染物是大氣污染的主要污染源，不利于環(huán)境保護和社會可持續(xù)發(fā)展。為此中國發(fā)展電動車無疑是未來社會發(fā)展的必然要求，也是符合綠色環(huán)保革命的需求，更是一種實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的工具。本項目提出采用高安全性磷酸鐵鋰作為正極材料制備聚合物動力電池，將尋求解決困擾科研工作者多年的電池安全性問題，同時也將為全國的汽車工業(yè)注入新的活力，提高產(chǎn)品的競爭力，并將有效的避免由于汽車尾氣而造成的環(huán)境污染問題。目前電動汽車更加廣泛的推廣應(yīng)用最主要的困難在于高性能動力源技術(shù)不能夠得到有效的解決，現(xiàn)有電池產(chǎn)品難以滿足汽車對壽命、動力性能等的要求。本項目的實施即著眼于這些問題的解決，項目的實施將提供電動汽車動力源供給方案，有效解決目前所面臨的技術(shù)瓶頸，為電動汽車的廣泛應(yīng)用提供高性能、低成本的動力源，使電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展不再負重前行。（二）國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢目前鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機、筆記本電腦等領(lǐng)域，并有著不俗的表現(xiàn)，但是如何將鋰離子電池應(yīng)用于動力領(lǐng)域還面臨諸多問題。如何把鋰離子電池容量和體積做大的同時又能夠使電池電化學(xué)性能和安全性能得到保障，一直是制約動力鋰離子電池發(fā)展的瓶頸，同時一直制約著電動車工業(yè)發(fā)展。由于鋰離子電池能量密度高，在過充電、短路、熱沖擊等狀態(tài)下，電池容易發(fā)生燃燒或爆炸，造成較大的傷害。動力型鋰離子電池諸如此類的問題一直是人們關(guān)注的焦點和國內(nèi)外研究的熱點。目前動力電池產(chǎn)品普遍面臨的問題主要有以下幾個方面：（1）電池安全性得不到保障。目前中小容量鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)非常成功。但是由于大容量高功率鋰離子動力電池的安全性問題得不到有效解決，一直制約著其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，因為電池容量愈大，其一旦失控所造成的危害就愈大。所以如何解決鋰離子動力電池的安全性問題已經(jīng)成為困擾其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的根本性問題。（2）電池容量有限，未能實現(xiàn)突破。續(xù)駛里程短是困擾動力電池在電動車上廣泛應(yīng)用的一大難題。目前市場上使用的電動汽車一次充電后的續(xù)駛里程一般為100～300 km，并且這個數(shù)字通常還需要保持適當?shù)男旭偹俣燃熬哂辛己玫碾姵卣{(diào)節(jié)系統(tǒng)才能得到保證，而絕大多數(shù)電動汽車在一般行駛環(huán)境下的續(xù)駛里程只有50～100 km。比起傳統(tǒng)燃油汽車而言電動汽車的較短續(xù)駛里程成為其致命的弱點。要解決電動汽車的續(xù)駛里程必須從根本上解決其動力源—電池容量問題。能否有效提高蓄電池容量已經(jīng)成為其在電動車領(lǐng)域能否獲得廣泛應(yīng)用的制約因素。（3）電池循環(huán)壽命短。普通蓄電池充放電次數(shù)僅為300～400次，即使性能良好的蓄電池充放電次數(shù)也不過700～900次，按每年充放電200次計算，一個蓄電池的壽命最多為4年，與燃油汽車的壽命相比太短。另外，不同類型的電池在性能方面都有各自的優(yōu)勢和不足，例如，鉛酸電池成本低，原材料豐富且易于回收，但續(xù)駛里程短、加速動力差且壽命短。鎳鎘電池加速動力足、壽命較長。但其成本高、可回收性差。鈉硫電池的比能量較高，能夠提供較長的續(xù)駛里程。但它要求的工作環(huán)境較苛刻。且其活性物質(zhì)具有強腐化性并易爆炸。就整體來看。成熟電池的壽命都相對較短。為此開發(fā)新型動力電池成為了促進電動車發(fā)展的關(guān)鍵。（4）電池質(zhì)量和尺寸制約?，F(xiàn)有電動汽車所使用的電池都不能在儲存足夠能量的前提下保持合理的尺寸和質(zhì)量。如果電動汽車自身裝備質(zhì)量大，就會影響加速性能和最大車速的提高。例如，現(xiàn)有電動汽車電池的外體積一般要達到550 L。當把這么大體積的電池用于家庭轎車上時，就必然要擠占轎車的行李廂空間。為此開發(fā)單位體積容量大的電池就成為了當務(wù)之急。（5）電池價格昂貴。主要是電池技術(shù)復(fù)雜，成本太高；另外也由于采用一系列新材料、新技術(shù)，增加了電動汽車的制造成本，同時也使動力電池的應(yīng)用受到了極大的限制。電動汽車蓄電池的價格約為100美元/kwh，甚至有的高達350美元/kwh，成本太高，用戶難以承受。為此制造生產(chǎn)價格相對較低的電池成為了動力電池獲得廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵性問題。（6）對環(huán)境的污染嚴重。目前使用的動力電池主要為鉛酸動力電池、鎳氫電池、鎳鎘電池。鉛酸電池中的鉛，鎳鎘電池中的鎘從開采、冶煉到生產(chǎn)的排污，都會對環(huán)境造成污染。另外在其廢棄后若處理不當，仍將對環(huán)境造成二次污染。所以開發(fā)從正極材料的制備到電池的生產(chǎn)、使用以及廢棄后對環(huán)境無污染的正極材料動力電池已經(jīng)勢在必行。因而，如何解決動力電池安全性問題、容量問題、壽命問題、電池尺寸和重量問題、電池的成本問題和環(huán)保問題成為動力鋰電池商品化的關(guān)鍵。本項目提出采用高安全性磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料，同時應(yīng)用于聚合物體系中，一方面利用磷酸鐵鋰和聚合物電池自身的高安全性來解決電池在各種苛刻條件下工作的安全問題，另一方面利用磷酸鐵鋰正極材料成本比鈷酸鋰大為減少，同時具有比容量較大、安全性能好、循環(huán)性能優(yōu)異、環(huán)境友好等特點實現(xiàn)對動力電池安全、容量、壽命、重量、成本和環(huán)保問題的有效解決。目前國內(nèi)外研究的磷酸鐵鋰動力電池主要是液態(tài)鋰離子電池。磷酸鐵鋰及其液態(tài)鋰離子電池正逐步進入產(chǎn)業(yè)化階段，國際上仍以美國的Valence、Phostech、A123和日本的Sanyo、Sony等公司為代表，在大力發(fā)展以LiFePO4為正極的安全型高容量鋰離子電池系列。以Valence公司為例，近期開發(fā)了NCharge、VLNC2590、UCharge及Kcharge四個系列，其中后二個系列為動力電池，、40～130Ah電池組，～、48～92Ah電池組，～101Wh/kg、能量密度在130～145Wh/L，除了優(yōu)良的安全性外，可在20℃～60℃放電，及40℃～60℃儲存。UCh