三洋电机向奥迪供应的电池的性能。功率密度高达3500W/kg,寿命也长达10年以上。虽然其他厂商均为卷绕型,但三洋电机、GS汤浅及东芝是将卷起的电极放入方形外壳内。而日产则放入到圆筒形外壳中。不过,日立也在探讨在层叠型中未曾考虑过的方形。
三洋电机2008年5月宣布将向奥迪的HEV供应电池,同时还公开了HEV及PHEV使用的电池单元及模块样品。向奥迪供应的电池,功率密度达到了3500W/kg,能量密度达到了90Wh/kg。电压及容量尚未公布,估计电压为3.6V左右,容量为5Ah左右。
在正极上使用了在LiNiCoMnO2(以下简称3元类)基础上自主改进的材料,利用多种材料比较了各种性能。在比较时,除了Co类、Mn类、3元类材料之外,还利用了LiNiCoAlO2(以下称Ni类)、LiFePO4(以下称磷酸铁类),安全性方面Mn类较出色,容量方面Ni类较出色,3元类则各个方面都比较平衡。
三洋电机计划在2009年3月完成生产线,从2009年底开始建立每年可向1万5000~2万辆HEV供应电池的量产体制。还将于2010年导入第二条量产线,使电池单元的月产量达到100万个,并力争2015年实现月产1000万个。通常情况下,每辆HEV一般使用30~100个电池单元,如果出货1000万个电池单元,就相当于10万~33万辆/月HEV。另外,该公司还计划试制PHEV使用的20Ah级电池,力争2011年实现量产。
正极材料的比较。三洋电机对该公司的材料进行比较的示例。在安全性方面,Mn类、3元类及磷酸铁类出色。
向三菱电机供应电池的是三菱、三菱商事、GS汤浅的三方合资公司LEJ。但用于HEV、PHEV的电池则为GS汤浅单独开发。
这些电池均采用方形。LEJ将向EV供应的“LEV50”,其容量高达50Ah。电压为3.7V,外形尺寸为43.8×171×112mm。将以串联4个该电池的方式制成一个模块,在iMiEV上配备88个。正极材料与AESC一样,均以Mn类为基础。
HEV使用的电池为“EH6”,正在开发电压为3.7V、容量为6Ah的产品。功率密度为3600W/kg以上,能量密度为67.1kW/kg,正极材料选择的是3元类。
无论是Mn类还是3元类,作为正极材料的安全性都很高,而GS汤浅正在开发更为安全的磷酸铁类材料。磷酸铁类具有安全性高、寿命长等特点,但在作为正极材料使用时,存在电池电压仅为3.2~3.3V的缺点。
另外,磷酸铁类过去还存在导电率低从而在大电流放电时容量减少的问题。该公司通过在正极上附载碳,改善了导电性。成功试制出了在流过400A大电流时也可实现50Ah容量的电池。
日立车辆能源也在不断提高正极的安全性。虽然并未公布具体的材料,不过在开发产品中曾采用过Mn类材料。此前该公司曾向五十铃汽车的“Elf”以及三菱扶桑卡客车的“Canter”混合动力车等提供过电池,2004年投建的月产4万个电池的生产线目前为满负荷生产。
该公司在量产中致力于消除电池单元在性能上的偏差。如果电池单元的电压存在偏差,部分电池单元就会承受负荷,使得电池劣化加速。因此,该公司除了对组装、各工序的评测、检查及生产设备进行彻底改进之外,还在设计反馈、洁净室方面进行了改进。
日立车辆能源表示“从3、4年前就与通用汽车展开了共同研究”(日立车辆能源社长川本秀隆),已经确定了2010年起向通用的HEV供应电池的计划。为了做好供应准备,日立车辆能源已经在2008年12月导入了量产设备。
东芝在负极上使用钛酸锂
在正极材料向高安全性方向发展的过程中,东芝侧重负极材料,开发出了新型电池“SCiB”。该公司预定2009年实现在电动助力自行车上的应用,并计划从2010年起应用于汽车。该电池已从2008年4月开始在佐久市工厂量产。电池单元生产能力为每月15万个。
在安全性方面,该公司认为导致温度上升的是负极材料。目前常见的是能够在负极与正极间获得大电位差的石墨及非结晶碳精棒。但在使用石黑时,如果在充满电后发生短路,负极就会出现90℃及200℃的发热现象。而东芝采用的Li4Ti5O12(钛酸锂)则减少了这种发热现象。
东芝在负极材料上使用钛酸锂,开发的电池在短路时安全性较高在隔板上设置了18mm见方的短路区,在压破电池单元后,如果负极由钛酸锂制成,电压就不会急剧下降。而负极使用石墨的话,1秒左右的放电就会使内部的能量转变成热量。
不过,采用这种材料时也存在缺点,由于电池单元的电压仅为2.4V,因此与3.6V左右的石墨相比,需要更多的电池单元。但是,“无论在什么范围内使用SOC,容量都会发生变化,普通锂离子充电电池为30%左右,而新型电池则可使用60~80%,因此总体来看还是可以减轻重量的”(东芝电力流通产业系统公司SCiB业务推进统括部技术负责人本多啓三)。
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