【正文】 子啟動(dòng)器的發(fā)明以及純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性差的原因，在 30 年代中期結(jié)束了早期的純電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)而進(jìn)入燃油汽車(chē)的黃金時(shí)期；1974 年1975 年和 1979 年1982 年歐美兩次能源危機(jī)推動(dòng)純電動(dòng)汽車(chē)的研制重新進(jìn)入高峰。特別是，當(dāng)時(shí)僅有鉛酸蓄電池可供使用，而鉛酸蓄電池體積大、質(zhì)量重，能量密度小、功率密度低，充電時(shí)間長(zhǎng)，每次充足電后續(xù)駛里程較短，再加上電力傳動(dòng)系統(tǒng)的制造成本過(guò)高等因素困擾，1997 年以后絕大多數(shù)公司對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)基本處于停滯狀態(tài)。雖然，純電動(dòng)汽車(chē)離真正商業(yè)化還有一定的距離，但與第一代純電動(dòng)汽車(chē)相比，它已經(jīng)在充電時(shí)間、續(xù)駛里程、動(dòng)力性、快速充放電能力等方面取得了可喜的進(jìn)展。當(dāng)然還存在技術(shù)瓶頸和若干問(wèn)題。從當(dāng)前整體情況看，重視混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)技術(shù)的國(guó)家與企業(yè)較多，選擇重點(diǎn)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化純電動(dòng)汽車(chē)的較少。20 世紀(jì) 90 年代中期，美國(guó)克林頓政府曾制訂了發(fā)展電動(dòng)車(chē)的“新一代汽車(chē)伙伴(PNGV)計(jì)劃”，集中研究電池驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)汽車(chē)。美國(guó)加州經(jīng)過(guò) 13 年在環(huán)保及環(huán)保車(chē)輛的探索實(shí)踐，表示不再積極鼓勵(lì)發(fā)展純電動(dòng)汽車(chē)，而轉(zhuǎn)向了燃料電池。不過(guò)美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室還在繼續(xù)進(jìn)行純電動(dòng)汽車(chē)先進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、先進(jìn)電池及其管理系統(tǒng)等的深入研究。小型、低速、特種用途的純電動(dòng)汽車(chē)不斷發(fā)展。成立于 1990 年的歐洲“城市電動(dòng)車(chē)”協(xié)會(huì)至今在歐共體組織內(nèi)已有 60 座城市參與，幫助各城市進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)可行性的研究和安裝必要的設(shè)備，并指導(dǎo)城市的電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)。這與法國(guó)政府給予純電動(dòng)汽車(chē)高度重視和支持，出臺(tái)了許多鼓勵(lì)研發(fā)和生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)惠、支持、補(bǔ)貼和扶持政策密切相關(guān)。但它終究還是沒(méi)有能成功地解決一次充電后的續(xù)駛里程短的問(wèn)題，因此也沒(méi)有進(jìn)行更大規(guī)模的擴(kuò)張，而是更多地轉(zhuǎn)向清潔柴油車(chē)的產(chǎn)業(yè)化。追隨法國(guó)進(jìn)行理論研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的是比利時(shí)，主要集中在高等院校之中，例如布魯塞爾和列日（Liege）大學(xué)。此外還有意大利著重兩輪純電動(dòng)車(chē)的研發(fā)和運(yùn)營(yíng)，瑞士則側(cè)重研究超級(jí)電容器，尤其是電動(dòng)城市輕軌方面的研究。到了 90 年代之后，由于環(huán)境等問(wèn)題，一些大汽車(chē)企業(yè)重新開(kāi)始研發(fā)第二代純電動(dòng)車(chē)，豐田、本田、日產(chǎn)等陸續(xù)進(jìn)行了一些產(chǎn)品發(fā)布與銷(xiāo)售運(yùn)行。純電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)向小型化發(fā)展，單人和 2 人車(chē)型成為主力車(chē)型，車(chē)輛技術(shù)、零部件技術(shù)、充電設(shè)施技術(shù)都已相對(duì)成熟。目前，日本電動(dòng)車(chē)輛協(xié)會(huì)、汽車(chē)協(xié)會(huì)、汽車(chē)電子協(xié)會(huì)等部門(mén)已經(jīng)初步建立了一些純電動(dòng)汽車(chē)共同利用系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)用化試運(yùn)行和試運(yùn)營(yíng)。2001 年，我國(guó)確立“十五”國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863 計(jì)劃）電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目，明確了我國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)戰(zhàn)略發(fā)展基本原則，即燃料電池汽車(chē)發(fā)展居首位、第二為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)兼顧一下，提出“三橫三縱”研發(fā)布局，并招標(biāo)確定純電動(dòng)轎車(chē)由上汽奇瑞、天津汽車(chē)來(lái)牽頭研制。按照項(xiàng)目規(guī)定進(jìn)程，純動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)功能樣車(chē)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，純電動(dòng)轎車(chē)和純電動(dòng)客車(chē)在國(guó)家質(zhì)檢中心的型式認(rèn)證試驗(yàn)中各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，關(guān)鍵零部件高功率鎳氫電池、鋰離子電池性能有了較大提高。甚至在某些領(lǐng)域，如鋅空氣電池和鋰電池研究方面，已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平17第四章 純電動(dòng)汽車(chē)面臨的瓶頸問(wèn)題目前第二代純電動(dòng)汽車(chē)在技術(shù)、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、基礎(chǔ)設(shè)施配套、政府政策支持等方面還存在著產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸，在轎車(chē)領(lǐng)域的發(fā)展還沒(méi)有達(dá)到預(yù)期目的，大部分產(chǎn)品集中于短途低速、城區(qū)公共交通及旅游區(qū)交通等特定用途，包括高爾夫球場(chǎng)場(chǎng)地車(chē)、公園游覽車(chē)、工廠內(nèi)的牽引車(chē)或兩輪電動(dòng)自行車(chē)等。一、技術(shù)爭(zhēng)議這幾年，通過(guò)實(shí)施 863 計(jì)劃，我國(guó)純電動(dòng)車(chē)的研發(fā)能力大大提高，技術(shù)難點(diǎn)正逐步克服，檢測(cè)手段也不斷增強(qiáng)，整車(chē)技術(shù)已能夠達(dá)到或非常接近國(guó)際水平，部分技術(shù)能夠達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。因此，有專(zhuān)家認(rèn)為我國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化已不存在近期難以克服的重大技術(shù)問(wèn)題。而且，當(dāng)前純電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)還基本以實(shí)驗(yàn)室研發(fā)為主，各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)在實(shí)際復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境下缺乏批量化的質(zhì)量控制，不能保證達(dá)到測(cè)試時(shí)的數(shù)據(jù)值一致性。只有關(guān)鍵技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)、關(guān)鍵部件和傳統(tǒng)配件的全面發(fā)展，才能開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的、可以市場(chǎng)化的純電動(dòng)汽車(chē)。二、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性純電動(dòng)汽車(chē)不使用燃油，不受油價(jià)飛漲的影響。從目前各國(guó)試運(yùn)行和部分產(chǎn)業(yè)化的情況來(lái)看，包括低性能兩輪電動(dòng)車(chē)在內(nèi)的小型純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化情況較好，而高性能較大型純電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)目的本就有較遠(yuǎn)距離、較大速度的需求，直接的后果的就是加大車(chē)身重量、對(duì)電機(jī)功率和電池容量要求比較大、成本加重、經(jīng)濟(jì)性下降。這也成為純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化的瓶頸之一。日本經(jīng)產(chǎn)省制定計(jì)劃，與日本汽車(chē)產(chǎn)業(yè)、電機(jī)產(chǎn)業(yè)、各大學(xué)和研究所共同研發(fā)高性能、低價(jià)格的充電電池技術(shù)，在 2015 年將裝配18高性能電池的電動(dòng)汽車(chē)成本降低到目前微型車(chē)的水平。三、基礎(chǔ)設(shè)施裝備純電動(dòng)汽車(chē)商業(yè)化的基礎(chǔ)設(shè)施包括充電站網(wǎng)絡(luò)、車(chē)輛維修服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、多種形式的電池營(yíng)銷(xiāo)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等。這些公用設(shè)施，由當(dāng)?shù)卣?guī)劃，由發(fā)電廠和當(dāng)?shù)爻鞘泄╇姽竟餐顿Y建設(shè)，由充電站企業(yè)來(lái)獨(dú)立經(jīng)營(yíng)，利潤(rùn)不會(huì)低于加油站。公交公司也可在終點(diǎn)站、始點(diǎn)站自行建設(shè)充電站，為本線路公交車(chē)提供充電服務(wù)，環(huán)衛(wèi)車(chē)輛可在本企業(yè)的停車(chē)場(chǎng)內(nèi)充電，同時(shí)私家車(chē)還可在晚上回家充電。有專(zhuān)家認(rèn)為近幾年電力建設(shè)突飛猛進(jìn)，國(guó)內(nèi)裝機(jī)容量大幅增加，未來(lái) 12 年內(nèi)在建電力項(xiàng)目均可形成發(fā)電，電力盈余局面即將出現(xiàn)。目前已有汽車(chē)企業(yè)與電網(wǎng)公司探討由電網(wǎng)公司制作標(biāo)準(zhǔn)化電瓶，利用波谷電將電蓄到電瓶，再將電瓶租給電動(dòng)車(chē)、公交公司的方式。還有國(guó)家電網(wǎng)公司除了進(jìn)行純電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)研發(fā)、電動(dòng)汽車(chē)改裝和示范應(yīng)用之外，在奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)中心區(qū)域投資建設(shè)電動(dòng)汽車(chē)充電站，對(duì)充電站的建設(shè)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，實(shí)現(xiàn)充電機(jī)生產(chǎn)和充電接口的標(biāo)準(zhǔn)化，建成公司內(nèi)部充電網(wǎng)絡(luò)，完成社會(huì)用公交車(chē)、出租車(chē)以及其他社會(huì)用車(chē)配套的供、充電系統(tǒng)建設(shè)。但是，也有專(zhuān)家認(rèn)為，純電動(dòng)汽車(chē)對(duì)于法國(guó)等核電充足的國(guó)家來(lái)說(shuō)比較合適，因?yàn)楹穗娛潜３趾愣òl(fā)電的，但我國(guó)核電比例很小，電能仍然缺乏。在這里，政府政策支持主要集中在 3 個(gè)環(huán)節(jié)。我國(guó)在這方面做得較成功。這方面，美國(guó)、日本等國(guó)的例子很多，我國(guó)還沒(méi)有相關(guān)政策措施。這方面我國(guó)正在積極探索與進(jìn)行中。不斷電系統(tǒng) UPS 。(2) 電動(dòng)工具類(lèi)高功率電動(dòng)工具(無(wú)線) 。(3) 輕型電動(dòng)車(chē)輛電動(dòng)機(jī)車(chē), 電動(dòng)自行車(chē), 休閑車(chē), 高爾夫球車(chē), 電動(dòng)推高機(jī), 清潔車(chē) 。(4) 小型設(shè)備醫(yī)療設(shè)備:電動(dòng)輪椅車(chē),電動(dòng)代步車(chē) )。(5) 其它小型電器礦燈。替代鉛酸,鎳氫,鎳鎘,鋰鈷,鋰錳類(lèi)電池在小型電器上的應(yīng)用(2007 鎳鎘將全面退出市場(chǎng))。并且廣泛采用進(jìn)口設(shè)備和原材料,目前有 4 條網(wǎng)帶式燒結(jié)爐,計(jì)劃 07 年擴(kuò)產(chǎn)至 20 條,產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)基本成熟,目前產(chǎn)品供不應(yīng)求,預(yù)計(jì) 3 年后會(huì)有一定的競(jìng)爭(zhēng)威脅.總之,目前磷酸鐵鋰產(chǎn)品正處于行業(yè)的萌芽階段,而中國(guó)環(huán)境問(wèn)題突出,能源問(wèn)題緊張,因此磷酸鐵鋰產(chǎn)品潛在市場(chǎng)巨大,而國(guó)內(nèi)外的電池材料廠家要么不具備穩(wěn)定的生產(chǎn)能力:磷酸鐵鋰的生產(chǎn)在近 23 年不會(huì)發(fā)生爭(zhēng)奪客戶(hù)的競(jìng)爭(zhēng),(中試或者生產(chǎn))的主要單位(排名不分先后):北大先行 完成中試,年產(chǎn) 60 噸天津斯特蘭(原北京中輝振宇) 年產(chǎn) 200 噸,計(jì)劃 07 年擴(kuò)產(chǎn)至 2000 噸/年青島乾運(yùn) 年產(chǎn) 30 噸山西力之源 年產(chǎn) 30 噸橫店?yáng)|磁 15 噸/年中試線建設(shè)批準(zhǔn)階段山東海霸 中試,已購(gòu)入推板式燒結(jié)爐。計(jì)劃 07 年實(shí)現(xiàn) 300 噸/年產(chǎn)量。蘇州威能和威泰鎮(zhèn)江高博常州高博(美國(guó) valence 公司分公司,擴(kuò)產(chǎn))(美國(guó) A123 公司分公司,正在建廠擴(kuò)產(chǎn))(美國(guó) A123 公司分公司,正在建廠擴(kuò)產(chǎn))二、鋰離子動(dòng)力電池材料磷酸鐵鋰制備設(shè)備1 引言常規(guī)鋰離子電池正極材料的研究集中于層狀的過(guò)渡金屬氧化物L(fēng)iMO2 (M=Co,Ni,Mn 等)與尖晶石型的LiM2O4 （M=Co,Ni,Mn 等）。熱合成工藝是制備鋰離子動(dòng)力電池材料最重要的工序，它對(duì)于鋰離子動(dòng)力電池的最終性能具有決定性的影響，圖1 給出了制備鋰離子動(dòng)力電池材料的典型工藝流程。2 制備設(shè)備簡(jiǎn)介磷酸鐵鋰的合成方法主要采用高溫固相反應(yīng)法：將FeC2O2H2O、Li2CO3 和NH4H2PO4 或(NH4)2HPO4按化學(xué)計(jì)量比混合,在氬氣或氮?dú)獾榷栊詺夥毡Ｗo(hù)下, 于300 ℃左右使混合物初步分解, 然后升溫到600～800 ℃,保溫12 h 以上,就可以得到橄欖石晶型LiFePO4材料。相對(duì)于鈷酸鋰、錳酸鋰而言，磷酸鐵鋰材料的制備對(duì)設(shè)備要求極高。近來(lái)，也有采用氣密保護(hù)回轉(zhuǎn)窯合成的報(bào)道。3 ℃保護(hù)氣氛: Ar合成室內(nèi)氧含量: 100106合成室內(nèi)壓力: 10 Pa年生產(chǎn)能力: ～200 噸3 關(guān)鍵技術(shù)研究大規(guī)模連續(xù)式磷酸鐵鋰材料制備設(shè)備是將熱工制造技術(shù)與材料生產(chǎn)工藝緊密融合的多學(xué)科交叉技術(shù)設(shè)備。 氣氛?qǐng)瞿M分析技術(shù)在大型反應(yīng)室中特別是動(dòng)態(tài)的反應(yīng)室中，為保證所制備的產(chǎn)品性能的一致性，對(duì)氣氛的動(dòng)態(tài)平衡控制技術(shù)提出了更高的要求，這就要求我們能精確地掌握氣氛?qǐng)龅闹饕獏?shù)及其關(guān)系，氣氛?qǐng)瞿M分析技術(shù)必不可少。利用氣體動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)等學(xué)科建立氣氛?qǐng)瞿Ｐ?，分析合成室?nèi)氣氛的流動(dòng)狀況，從而獲取最佳氣氛控制參數(shù)。為了確保制備設(shè)備內(nèi)穩(wěn)定的氧分壓和氣流走向，設(shè)備除爐體采用全密封結(jié)構(gòu)外，在制品出、入口處設(shè)置相互聯(lián)鎖的雙閘門(mén)過(guò)渡密封倉(cāng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)密封倉(cāng)內(nèi)的產(chǎn)品出來(lái)后，兩閘門(mén)都緊閉時(shí)，對(duì)密封倉(cāng)進(jìn)行強(qiáng)制性換氣凈化，并在內(nèi)閘門(mén)再次打開(kāi)之前，將倉(cāng)內(nèi)氧分壓從21%%以下。運(yùn)行過(guò)程中，爐體出、入口處的氣幕始終保持，從而阻止外界氣流對(duì)合成區(qū)域的干擾。同時(shí)，在設(shè)備各控制段都設(shè)置氧分壓和壓力抽樣檢測(cè)點(diǎn)，隨時(shí)檢測(cè)窯腔橫截面上各點(diǎn)的氧分壓和氣氛壓力。 爐內(nèi)氣氛凈化技術(shù)為了達(dá)到合成室內(nèi)的氧含量要求，除了設(shè)備嚴(yán)格密封外，加熱室空腔及耐火保溫材料釋放的氣體如何排出也是設(shè)備必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。 抗腐蝕技術(shù)磷酸鐵鋰電池材料在合成過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生腐蝕性氣體（主要是NH3 和H2O），在高溫下對(duì)爐襯材料和加熱元件的損害非常強(qiáng)烈，故制備設(shè)備必須解決腐蝕氣氛下的加熱元件和內(nèi)襯的抗腐蝕技術(shù)。 熱場(chǎng)模擬分析技術(shù)電池材料制備設(shè)備的開(kāi)發(fā)熱工計(jì)算是關(guān)鍵。對(duì)磷酸鐵鋰電池材料而言，其電性能指標(biāo)取決于在制備設(shè)備中的合成質(zhì)量，即制備設(shè)備中的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)氣氛三大要素。合成制度是根據(jù)材料制備工藝要求并考慮到熱工、經(jīng)濟(jì)等方面因素而制定的工藝技術(shù)，它包括：溫度制度、氣氛制度和壓力制度。4 效果2006 年，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所根據(jù)某知名鋰離子電池材料生產(chǎn)企業(yè)的特殊制造工藝，開(kāi)發(fā)了磷酸鐵鋰正極材料連續(xù)式制備推板窯，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰正極材料的連續(xù)式生產(chǎn)。目前，我們已完成中試，通過(guò)該設(shè)備所制得的LiFePO4正極材料可逆容量高達(dá)155 (mAh)/g 以上。h)/g，且循環(huán)過(guò)程中容量衰減甚少。測(cè)試結(jié)果表明，中試生產(chǎn)的材料性能與實(shí)驗(yàn)室制備材料的性能是一致的，從而使該材料走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。總之，今后對(duì)磷酸鐵鋰材料的研究工作將集中于通過(guò)合適的制備設(shè)備、制備工藝和元素?fù)诫s的方法改善其電子電導(dǎo)率。三、LiFePO4 / C 制備工藝的優(yōu)化及其性能1引 言正極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素,目前90 %以上的鋰離子電池的正極材料都是用鈷酸鋰(LiCoO2 ) ,由于鈷資源有限且有毒、價(jià)格昂貴、存在一定的安全問(wèn)題等不足,不能滿(mǎn)足人們的需要。尖晶石型錳酸鋰(LiMn2O4 ) 雖然具有良好的耐過(guò)充能力,但是由于錳在電解液中會(huì)溶解,且其高溫循環(huán)性能差等不足限制了其實(shí)際應(yīng)用。LiFePO4 的理論比容量是170mAh/ g ,其理論真實(shí)密度是3. 6g/ cm3 ,Fe2 + / Fe3 + 相對(duì)金屬鋰的電壓是3. 4V ,具有非常平穩(wěn)的充放電平臺(tái)。22. 1實(shí) 驗(yàn)磷酸鐵鋰的制備以硫酸亞鐵、磷酸二氫銨、氨水為原料,檸檬酸為分散劑,用共沉淀法通過(guò)嚴(yán)格控制體系的p H 值、物料流速、攪拌速度和反應(yīng)體系溫度等來(lái)制備球形磷酸亞鐵銨,充分洗滌和干燥后按一定的x (Li) ∶x ( Fe) 與碳酸鋰混合,再加入適量的葡萄糖,在高速球磨機(jī)上進(jìn)行球磨,然后將球磨好的樣品置于預(yù)抽真空高溫爐中進(jìn)行高溫焙燒,用N2 氣保護(hù),控制升溫速率為5 ℃/ min ,恒溫一段時(shí)間后,在爐中自然冷卻,得到LiFePO4 / C復(fù)合材料。,掃描速度2176。用北京第二光學(xué)儀器廠WQF2510 型傅立葉變換紅外光譜儀(F TIR) 測(cè)試產(chǎn)品的組成,分辨率為4cm1 ,掃描范圍為400～4000cm 1 。33. 1結(jié)果與討論正交實(shí)驗(yàn)在單因素分析實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,為得到以球形磷酸亞鐵銨為前驅(qū)體用固相焙燒法制備LiFePO4 的最佳工藝條件,考察了球磨時(shí)間、x (Li) ∶x ( Fe) 、葡萄糖用量、焙燒溫度和時(shí)間對(duì)材料首次放電比容量的影響,因此設(shè)計(jì)了水平正交實(shí)驗(yàn)。焙燒溫度一定時(shí),隨著球磨時(shí)間的增加,材料的首次放電比容量增加,因?yàn)榍蚰r(shí)間直接決定反應(yīng)物料間混合的均勻程度和顆粒的大小。焙燒時(shí)間過(guò)短,晶體生長(zhǎng)不完全,會(huì)產(chǎn)生大量的晶格缺陷,影響材料的比容量,焙燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng),生成粒徑較大的顆粒,增加了 Li + 在 LiFePO4體相中的擴(kuò)散路程,降低材料的比容