收稿日期：2004-03-02.基金项目：云南省省级重点实验室基金资助项目（项目编号：14051038）.
第一作者简介：崔萌佳（1980~），女，硕士研究生.主要研究方向：锂离子电池正极材料.
E-mail：cmengjia@hotmaiI.com.
电动车用动力电池的研究概况
崔萌佳，戴永年，姚耀春，杨斌，任海伦，李伟宏
（昆明理工大学真空冶金及材料研究所，云南昆明650093）
摘要：为了解决环境与噪音污染以及能源危机问题，世界上许多国家都投入了大量人力物力进
行电动车及动力电源的研究.综述了电动车用动力电池的基本情况，对目前研究开发较多的几种
电动车电池的性能进行了阐述和比较，指出了电动车电池发展过程中存在的问题，并结合自己的
研究实际，提出了一些解决这些问题的对策，最后展望了电动车用动力电池的发展前景，希望能
对我国电动车及动力电源的研究工作提供有意义的参考.
关键词：电动车电池；研究现状；比能量
中图分类号：TM912文献标识码：A文章编号：1007-855X（2004）06-0122-05
DevelopmentandProspectiveofBatteriesforElectricVehicle
CUIMeng-jia，DAIYong-nian，YAOYao-chun，YANGBin，RENHai-lun，LIWei-hong
（InstituteofVacuumMetaIIurgyandMateriaIs，KunmingUniversityofScienceandTechnoIogy，Kunming650093，China）
Abstract：InordertosettIetheprobIemsofenvironmentaIpoIIutionandenergycrisis，manyresearchersfromIots
ofcountrieshavebeenmadegreateffortstodeveIopnoveIeIectricvehicIepoweredbyhighperformancebattery.
ThestatusguoanddeveIopmentofbatteriesforeIectricvehicIe（EV）arediscussed，andtheperformanceandthe
characteristicsofthecommon-researchedbatteriesforEVareexpounded.Moreover，theprobIemsemerging
fromthedeveIopmentofthebatteriesforEVareanaIyzed.Basedontheresearchexperiences，theauthorpointed
outsomecountermeasuresforsoIvingtheseprobIems.AttheendofthearticIe，theprospectiveofthedeveIop-
mentofthebatteriesofEVisputforward.ItisexpectedthatthepresentpapercanserveasavaIuabIereference
fortheresearchanddeveIopmentofbatteriesforeIectricvehicIeinourcountry.
Keywords：batteriesforeIectricvehicIe；researchdeveIopment；specificenergy
0引言
为了减少对石油的依赖程度，控制环境污染和温室效应，电动车作为一种环境友好型交通工具，它的
开发正在受到各国的重视.电池作为电动车的“心脏”，电动汽车的开发关键在于动力电池的竞争.但由于
目前动力电池的比能量不够高、充电时间长、一次充电行程短、安全性差、电池成本高等原因，尚不能得到
大范围推广，所以电动车用动力电池的发展成了电动车发展的瓶颈.
电动车用电池的主要要求有以下几点：
（1）电池的总储能量15~25kMh，电池比能量50Wh/kg以上，比功率1501W/kg以上
［4］
；
（2）一次充电行程不小于100km
［4］
；
（3）循环寿命长，充放电次数多；
（4）能快速充放电，抗过充、过放电能力好；
（5）电池价格便宜、消费费用低、安全性好、无污染问题等
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.
第29卷第6期
2004年12月
昆明理工大学学报（理工版）
JournaIofKunmingUniversityofScienceandTechnoIogy（ScienceandTechnoIogy）
VoI.29No.6
Dec.2004
当前，被认为可以用作动力车电源的有：铅酸蓄电池、MH-Ni蓄电池、锂离子电池、燃料电池、锌镍蓄
电池、金属空气电池、钠硫酸蓄电池（或Zebra电池）、Cd-Ni电池等.目前的研究热点主要集中在铅酸蓄
电池、锂离子电池、MN-Ni蓄电池和燃料电池等几个方面.
1各种电动车电池的研究概况
1.1铅酸蓄电池
铅酸电池具有历史悠久，开路电压高，成本低廉，使用可靠，原材料丰富及铅回收率可达90%等优点，
被各国电动车采用.福特公司的混合电动车用铅酸电池比功率已达2~4kW/kg，比能量60Wh/kg.我国中
船重工712所、武汉银泰公司正在研制高比能量的铅酸电池.但铅酸电池随着充放电次数的增加，容量会
逐渐衰减，而且比能量较低、比功率较小、生产过程造成污染.在电动车需求的刺激下，铅酸电池的研究也
取得了很大的进展，达到了较好的性能指标，但作为电动车动力使用仍然面临巨大的挑战，即必须在以下
三个问题上有所提高：提高比能量和比功率，提高循环寿命，快速充电
［11］
.
提高比能量和比功率采取的措施主要有：采用新型板栅合金材料以减少极板质量，采用新型结构设计
减少电池质量，采用新型添加剂和铅膏配方提高活性物质的利用率等
［6］
.提高循环使用寿命的主要措施有
改进电池隔板（如采用富液式隔板，适当地提高电解液的用量，达到提高循环寿命的目的
［27］
），采用胶体电
解质，采用管形正极板（管形正极做密封蓄电池，国外的经验认为必须用胶体以及用PVC隔板取代吸液式
隔板
［3］
），改进膨胀剂的性能等
［7］
.提高快速充电能力，采取的措施主要有：改进电池结构以降低欧姆内阻，
提高反应离子扩散速度和改进蓄电池的充电制度等来实现.
为了解决电动车用铅酸电池的主要三大技术难关，国际铅锌研究组织于1992年发起成立了先进铅酸
电池联合会（ALABC）.通过ALABC组织的两个阶段的攻关开发，电动汽车和混合电动车（EV/HEV）用的
铅酸电池已经取得了重大进展.表1为EV用铅酸电池近年来的进展情况.
1.2MH/Ni电池
［12~15］
表1EV用铅酸电池的进展情况
［11］
Tab.1Thedevelopmentoflead/acidbatteriesforelectricvehcles
时间
售价/US
IS·kWh
-1
比功率
/W·kg
-1
比能量
/Wh·kg
-1
再充电时间
循环寿命
/次
费用/US
IS·km
-1
ALABC开发
目标内
15015050
50%，5min
80%，15min
5000.038
199220015025
100%，4h
100%，8h
750.578
199515015035
50%，5min
80%，15min
500
0.054
100%，4h
50%，3min
199910015045
80%，10min
100%，30min
8000.022
MH/Ni蓄电池正
极活性物质采用氢氧
化镍，负极活性物质为
贮氢合金，电解液为氢
氧化钾溶液，其具有高
比能量、高比功率、长
寿命、适合大电流放
电、充电快、安全性高、
无污染等优点，已被日
本、美国等发达国家列
为重点发展领域.本田
公司研制的MH/Ni蓄
电池电动车最高时速
达130km/h，丰田公司的RAV4L电动车最高时速也可达125km/h.
高温性能差是MH/Ni电池用于电动车的主要问题之一，自放电大也是MH/Ni电池的一大缺点，在电
池使用和贮存过程中，常出现一些低电压甚至零电压.通过表面处理和改进电极材料可以减少毛刺从而减
少自放电.电池注液后，快速封口及封口后立即充一部分电可减少微短路发生的可能性，还可以对贮存后
的低电压电池通过特殊的处理方法来消除由CO桥或Mn桥引起的短路现象，从而也可以减少自放电.除
此以外MH/Ni电池还存在极板材料均一性较差，价格居高不下等缺点.今后开发应用当中要考虑的问题
还有：电池安全阀的设计、各单体电池的一致性、电池充放电过程中的散热.其中电池的散热问题，可以从
电池的充电制度、电解液加入量、隔膜的优选及电池的组合设计上对电池加以改进等方法来解决.
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期崔萌佳，戴永年，姚耀春，等：电动车用动力电池的研究概况
美国和日本等国均大力研制开发不同类型的动力车用MH/Ni电池.美国先进电池联合会（USABC）将
MH/Ni电池作为电动车主要的中期候选电源.美国的OvOnic电池公司已开发出电动车用大容量方形
MH/Ni电池，提供给通用汽车公司作电动汽车试运行.表2比较了几家具有代表性的公司开发的MH/Ni
动力电池的性能指标.
表2电动车用大容量MH/Ni动力电池性能情况对比
［12］
Tab.2CharacteristicsofhighcapacityNi-MHbatteriesintheword
电池容量
/Ah
电压
/V
电池尺寸
/mm
电池比能量
/Wh·kg
-1
美国OvOnic公司
SAfT美国公司
日本古河电池公司
日本汤线公司
日本松下电池工业公司
90
50
100
100
97
100
13.2
12
12
12
12
12
412X102X179
412X102X179
390X120X195
280X165X205
388X116X175
388X116X175
70
70
60
60
65
70
1.3锂离子电池
［17~24］
锂离子电池具有比能量高，自
放电小，循环寿命长，无记忆效应
和对环境污染小等优点，高能量的
锂离子电池的比能量超过
100Wh·kg
-1
，高功率的锂离子电
池的比功率大于300W·kg
-1
，循
环寿命超过1000次.聚合物锂离
子电池的比能量超过
200Wh/kg
-1
，比功率超过
400W·kg
-1
，循环寿命超过500次，一次充电可使电动汽车行程超过480km，是USABC实现2010年远期
目标的电动车用锂离子电池.日产Hypenmini电动车采用锂离子电池，其最高时速达100km/h，行驶里程
为130km.武汉力兴、深圳比亚迪、韩国L等正积极开拓锂离子蓄电池在电动车领域的市场.
制约锂离子电池作为电动车用电池的主要因素是它的安全性和价格.电动车用电池的安全问题是必
须严肃对待的问题，也是倍受关注的问题.锂离子电池使用过程中发生安全事故的主要原因是电池中大的
短路电流使电池局部温度升高，从而导致正极与有机电解液发生剧烈反应，以至电池起火或爆炸.目前Li-
COO
2
是广泛使用的锂离子电池正极材料，CO的价格相当高并且不断地上涨，而且我国的储量很少.锂离
子电池的价格大约是铅酸电池的5~6倍，镍氢电池的2倍.笔者认为，要解决锂离子电池安全性和价格问
题都要很大程度依赖锂离子电池材料的发展.LiCOO
2
正极材料正常充电时晶格中的Li
+
只有一半被脱出，
但过充电时，其晶格中剩余的Li
+
可全部脱出，锂金属沉积在负极材料表面，而且脱锂后的终极产物不是
COO
2
，都会与电解液中的可燃有机物发生副反应，产生安全问题.如果用LiMn
2
O
4
做正极材料，电池充电
时，它晶格中的锂可以全部脱出，终极产物是稳定的MnO
2
，就可以大大消除安全隐患.就价格而言，Mn的
价格比CO便宜几十倍，而且我国的Mn储量也很丰富.只不过LiMn
2
O
4
与LiCOO
2
相比容量衰减较快，这一
问题也可以通过掺杂来解决.最近，因LifePO
4
具有价格低廉、结构稳定、没有毒性对环境友好等优点，其
研究工作也倍受关注，只要能解决其导电性问题，LifePO
4
有可能成为很有前途的正极材料.
为了适应电动车对电池高比能量、高比功率的要求，从20世纪90年代中期开始，日本、法国、德国、加
拿大等国进行了大容量锂离子电池研究.1996年，日本SOny公司试制成功用锂离子电池（100Ah）驱动的
电动车，法国Saft公司也于1998年对电动车用锂离子电池（50Ah）进行中试
［24］
.表3为电动车用锂离子电
池的性能指标.
我国天津电源所也于1996年开始进行大容量锂离子电池的开发，研制成功的55Ah的大型圆柱型电
池目前已具备小批量生产的工艺条件，具有较好的性能，同时该电池的各项指标也基本上符合电动车用电
池的国家标准.表4为天津电源所研制的55Ah圆柱形锂离子池的主要性能指标.
1.4燃料电池
［25~28］
燃料电池直接将化学反应释放的能量转换成电能，工作时十分安静，无污染，而且这种电池不受热效
应理论的限制，实际效率要高于内燃机，可以达到50%~70%，是一种较理想的动力源.目前燃料电池的
质子交换膜的价格太高，而且它的电极要用贵金属铂做催化剂才有较高的性能，如果全球的铂都用来供电
动车燃料电池用也只能满足500~600万辆车用.此外，怎样为燃料电池车提供燃料也是一个很重要的问
题，这涉及到生产、储存、运输等一系列的问题，要解决这些问题必须投入巨大的人力、物力和技术力量.
日本对燃料电池电力车的开发领先于其他国家.丰田公司已开发出采用纯氢或甲烷重整作燃料的电
421昆明理工大学学报（理工版）第29
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卷
动车，还设计了一种混合结构的电动装置，即燃料电池为主，其他充电电池为辅的动力系统.加拿大的BaI-
IardPowerSystems结合DHPont开发的性能良好的燃料电池用的离子交换膜，使得燃料电池电动车使用化
成为可能.丰田公司的FCHV和本田公司的FCX燃料电池电动车已在去年完成日本和美国的道路实验，
并在日本政府部门和美国的学校出售.总之，燃料电池要作为电动车用电池使用必须在催化剂、质子交换
膜及燃料供应系统方面取得突破性进展.
表3电动车用锂离子电池的性能指标
［24］
Tab.3Specificationoflithium-ionbatteriesofrelectricVehicles
形状圆柱形单体电池方形组合电池
尺寸/mm67>41050>250（0.49L）290>150>140220>330>180137>53>216
工作电压/V3.63.63.628.828.8125
额定容量/Ah100224410022115
比能量/Wh·kg
-1
1106214310055265
比功率/W·kg
-1
300800345300700300
循环寿命/次12001200
质量/kg3.31.21.12912.53.3
用途
厂家
EV
Sony（日本）
HEV
Sony（日本）SAFT（法）
EV
Sony（日本）
HEV
Sony（日本）
SAFT（法）
表4为天津电源所研制的55ah圆柱形锂离子电池的主要性能指标
［20］
Tab.4Specificationsof55ahlarge-scalelithium-ionbatteriesdeVelopedbyTIPS
质量
/kg
体积
/mm
3
工作电压
/V
额定容量
/Ah
质量比能量
/Wh·kg
-1
体积比能量
/Wh·L
-1
比功率
/W·kg
-1
循环寿命
/次
自放电率
/·month
安全性
1.70
!
50>3803.655115266300
!
300
"
15好
1.5金属-空气电池
［28~30］
锌-空气电池以锌为负极，空气中的氧作为正极活性物质，氢氧化钾溶液为电解液.它的优点是：原材
料价廉、质量比能量较高、工作电压平稳、电池的生产过程对环境没有明显的影响.目前，实现商业化的锌
-空气电池以一次电池为主，这主要与可再充锌-空气电池的充电问题比较复杂，锌-空气电池电解液的
吸湿与干涸，电池的漏电有关.锌-空气电池要作为电动车用电源，以上问题必须解决.铝-空气电池只能
采用机械式充电，使用起来不太方便.尽管铝资源丰富，但氧电极催化剂的价格很高.各种因素都限制了铝
-空气电池作为电动车电源的应用.继以色列EFL公司之后，我国博信公司、通锐新能源等也进行了电动
车用锌-空气电池的研究开发.
总之，金属-空气电池用于电动车的很多研究还在摸索和尝试过程中.
2结语及展望
电动车的发展与电动车用电源有着直接关系，所以电动车用电池的研制十分重要.从各种电池的性能
及优缺点来看，断言某一种电池会成为电动车用电池的主导的说法是不客观的.因为，不同的电池有着不
同的性能和优点，那它们就能适应不同的消费层次和满足不同的需要.特别是对铅酸电池、MH/Ni电池、
锂离子电池和燃料电池来说，在将来一段时间内，这几种电池会共同占有电动车用电池的市场.目前来看
铅酸电池比较适合我国的消费水平，但是笔者认为，锂离子电池不但有着较好的性能，而且价格下降的空
间很大，随着其材料的研究和发展，特别是正极材料的研究和发展，锂离子电池可能会成为被普遍接受的
电动车用动力电池.无论采用哪种电池，单体电池的一致性都很重要，同时还应该在电动车用电池系统的
方面多做研究，因为好的系统能延长电池寿命，提高电池的安全性.
与燃油汽车相比，我国在电动车方面的研究与国际水平相差不是太远，如果能研制出符合我国国情的
电动车用电池，并能生产出被消费者接受的电动车，将大大缓解我国由于汽车消费的急速增加而带来的环
521第6
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期崔萌佳，戴永年，姚耀春，等：电动车用动力电池的研究概况
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621昆明理工大学学报（理工版）第29
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卷
电动车用动力电池的研究概况
作者：崔萌佳，戴永年，姚耀春，杨斌，任海伦，李伟宏
作者单位：昆明理工大学,真空冶金及材料研究所,云南,昆明,650093
刊名：昆明理工大学学报（理工版）
英文刊名：JOURNALOFKUNMINGUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY（SCIENCEAND
TECHNOLOGY）
年，卷(期)：2004,29(6)
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3.雷晶晶.李秋红.陈立宝.张金顶.王太宏动力锂离子电池管理系统的研究进展[期刊论文]-电源技术2010(11)
4.王先友.易四勇.肖琼大容量锰酸锂动力电池的研制[期刊论文]-湘潭大学自然科学学报2009(2)
5.张莉混合型超级电容器的相关理论和实验研究[学位论文]博士2005
6.朱梅气体多孔电极的物理化学渗流研究[学位论文]博士2005
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