邱健蓄电池电动船锂电池技术现状

随着港口船舶排放标准的日益严格，常规含硫燃料船舶逐渐难以满足规范要求。电瓶船作为一种安静、环保、零排放的新型动力船，正逐渐受到业界的关注。但由于电池技术的发展和成本的高昂，目前已经在船舶上使用的电瓶船相对较少，主要集中在内河、内湖游船、渡船和小功率的小型货船上。
 铅酸蓄电池能量密度低，重量大，循环寿命短。目前，在一些舒适性和安全性要求较高的小型游轮上使用少量铅酸电池。
 与铅酸电池相比，锂电池的循环寿命大大提高。目前主流动力电池厂商的锂电池标称循环次数都在3000次以上，相同容量的锂电池重量约为铅酸电池的1u002F3。但其价格约为铅酸电池的2.5~3.2倍。锂电池船的建造总成本远高于常规柴油发电机船。高昂的价格限制了锂电池在高功率、长续航船舶上的应用。为了解决锂电池在舰船上的应用限制，有两个发展方向:电池材料突破和充电技术改进。

1锂离子电池技术

1.1液体锂离子电池

锂离子电池已广泛应用于混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池混合动力汽车和军用汽车，对锂离子动力电池的需求快速增长。
 锂离子电池可分为几种电解质类型
分为两大类:传统的有机电解质锂离子电池和固体电解质全固态锂电池。目前量产的电池主要是传统的液态锂离子电池，按电极材料体系可分为三元锂离子电池、磷酸铁锂电池和钛酸锂电池。
 三元锂离子电池、磷酸铁锂电池和钛酸锂电池的性能参数对如表3所示。三元锂离子电池的能量密度高于磷酸铁锂电池和钛酸锂电池，安全系数一般。磷酸铁锂电池安全，但能量密度适中。钛酸锂电池安全系数高，循环寿命长，脉冲性能和低温性能好，但缺点是能量密度低。目前混合动力汽车使用的锂离子电池系统涵盖了各类锂离子电池。钛酸锂电池在轻混合和高电压混合系统领域优势明显。三元锂电池的高能量密度有利于提高电动汽车的续航里程，在纯电动汽车领域具有优势。
 
目前商用液态锂离子电池的续航里程和安全性有待进一步提高。液态锂离子电池发生短路时会释放大量热量，引燃有机电解液，导致爆炸危险。有机电解质的问题还包括:电化学窗口有限，难以与锂金属正极和新开发的高电位正极材料兼容；锂离子不是唯一的载体。当大电流通过时，由于离子浓度梯度的出现，电池内阻会增加浓差极化，电池性能下降。工作温度有限。
全工作温度为0 ~ 40℃等。
 
表3不同系统的锂离子电池性能参数
 
电池系统
 
普通锂电池
 
磷酸铁锂电池
 
钛酸锂电池
 
电极材料
 
正极:NCMu002FNCA，负极:石墨。
 
正极:LFP，负极:石墨
 
正极:NCMu002FNCA，负极:钛酸锂。

平均工作电压v 

 3.65 

 3.2 
 
 2.25 
 
单体能量
 
质量密度
 
 
质量密度
 
118 
 
90 
 体积Whu 002 fl 
 
320 
 
207 
 
172 
 
电池
 
 
能量密度
 
质量Wh  u
 阴极材料热稳定性好，安全系数高。
 循环过程中，钛酸锂晶体结构稳定，无锂枝晶形成，放电热值小，安全系数高。

1.2固态锂电池

固态锂电池
这是一种使用固体电极和固体电解质的电池。与液态锂离子电池相比，固态锂离子电池在提高能量密度、避免安全事故、延长使用寿命等方面有很大优势。主要体现在:1与液态锂离子电池相比，全固态电池最突出的优势就是安全性。固体电解质不易燃、不腐蚀、不挥发，没有泄漏问题，因此全固体电池具有固有的安全性和较长的使用寿命。2高能量密度。固体电解质一般比有机电解质具有更宽的电化学窗口，有利于进一步拓宽电池的电压范围。在大容量电极的开发中，固体电解质可以阻止锂枝晶的生长，从而从根本上避免电池的短路现象，使金属锂作为负极成为可能，从而获得更高的比能量。固态电池有望实现更高的功率密度。固体电解质以锂离子为单一载体，不存在浓差极化，可以在大电流条件下工作，提高电池的功率密度。固态材料固有的高低温稳定性为全固态电池在更宽的温度范围内工作提供了基本保障。
 
 
 。3锂离子电池的发展路径
 
正是由于全固态锂电池突出的性能特点，包括丰田、三星galaxy、德国KOLIBRI电池公司在内的世界各国都对全固态锂电池表现出了特殊的兴趣。全固态锂电池作为下一代高安全性动力技术的迫切性已经得到认可，计划在20。
商业推广大约始于20年前。图3是锂离子电池的发展路径，从中可以看出，全固态电池技术可以涵盖锂硫电池、锂空气电池或锂金属电池相关的一些核心材料和关键技术，包括电池设计和高性能固态隔膜材料。电池的质量比能量最终可以提高到500Whu002Fkg以上。
 全固态锂电池可分为聚合物全固态锂电池和无机全固态锂电池。
 聚合物全固态锂电池:德国KOLIBRI电池公司为奥迪开发了大容量聚合物固态锂电池。电池中的单层组件为片状，电池阴极为石墨，阳极为锂金属氧化物，电解质为PEO基聚合物固体电解质。KOLIBRI电池的高性能基于复合聚合物电解质膜技术，使电池高度稳定和高效。这种电池的层状结构摒弃了液体电解质，减少了大电流输出时产生的热量，因此效率提高到97%。电池总重量约300 kg，可提供55 kW的功率，相当于1.4 L的汽油发动机。充电一次后，时速90 km时行驶距离达到600km  u 002 FH。

1.3锂离子动力电池技术发展趋势

结合以上分析，总结如下:

1在轻型混合动力、高压混合动力汽车等需要大功率锂离子电池的应用领域，目前主要使用镍氢电池，但其呈现锂离子。
电池逐渐取代镍氢电池的趋势。在插电式、增程式、纯电动汽车领域，以锂离子电池为主。
 混合动力汽车使用的锂离子电池系统涵盖了所有种类的锂离子电池。三元锂离子电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池在不同的混合动力电池领域各有优势。
 与液态锂离子电池相比，全固态锂离子电池具有能量密度高、安全性高等优点。目前全固态锂离子电池正在技术研发中，包括丰田和三星，他们计划在2020年左右开始商业推广。

5.2固态锂电池的发展

结合锂离子电池的技术特点和发展趋势可以看出，与传统的液态锂离子电池相比，固态锂离子电池在提高能量密度、避免安全事故、延长使用寿命方面具有很大的优势。目前，固态锂电池正处于发展阶段，作为下一代新能源汽车电池，具有极高的商业应用前景。我院“十三五”装备预研项目新材料体系——潜艇锂离子动力电池技术研究，旨在为舰船提供高安全性全固态锂电池。
 固态锂电池发展:以装备预研项目为牵引，重点开展固态锂电池的研究工作。在固态锂电池发展的基础上，结合BMS技术，掌握固态锂电池的技术，应用领域覆盖新能源汽车、船舶等领域。