锂电池生产标准化的探讨

姜放

摘 要：伴随着电动汽车和绿色能源行业的兴起，在动力和储能应用领域有着优异表现的锂电池得到了较快发展。但受限于技术水平，锂电池的发展遇到瓶颈并一定程度上限制了其应用。本文旨在探讨标准化在锂电池生产领域的可行性，以期突破技术限制，扩展锂电应用。

關键词：锂电池;标准化;技术限制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.110

锂电池因其在能量密度、循环寿命、安全性等方面具有较好的综合性能而得到了广泛应用，在电动汽车领域更是占有重要地位。目前，锂电池的充电速度、续航里程、使用寿命等参数是评价电动车性能的重要依据。

1 锂电池的局限

化学电池的性能主要体现在能量密度、充放电速率、循环寿命、安全性等方面。目前常见的锂电池材料有钴酸锂、锰酸锂、三元锂、磷酸铁锂和钛酸锂，其性能对比如表1所示。

通过对比可知，锂电池的几大性能指标之间存在相互制约的关系。目前从综合性能的角度出发，动力锂电池采用较多的是磷酸铁锂和三元锂。

受当前技术水平的制约，锂电池的发展遇到了能量密度和充放电倍率两个瓶颈。从表1可知，当前锂电池的能量密度为200Wh/kg，近期预计能提升到300Wh/kg，远期计划达到500Wh/kg[3]。即便预想的性能提升均能实现，锂电池的能量密度相比汽油的12000Wh/kg依然偏低。这就限制了电动汽车的续航能力，其长距离行驶中必然需要多次充电。目前，动力锂电池的常规充电速率为1C，充至满电状态的典型时间为3小时左右。相对于燃油车数分钟的加油时长，电动车漫长的充电时间给车辆使用带来诸多不便。虽然一些动力锂电池的极限充电速率可达4-5C，但这样的充电速度会牺牲电池的使用寿命，不可长期使用。同时，过快的充电速度也会影响锂电池的安全性，加大热失控的风险[4]。

由此可见，锂电池使用中面临的主要问题是容量受限和充电时间过长。这使得目前的电动汽车相对传统的燃油汽车显得“跑不远、停靠久”。同时，锂电池的理论使用寿命虽然较长（可达10年），但受到使用工况、环境温度等的影响，动力锂电池的实际寿命往往只有5-7年。这就导致电池的寿命比车辆要短，车辆全寿命期内电池需要更换，从而显著增加了电动车的使用成本。因此，锂电池的局限制约了电动车的发展，而要想突破这种局限需要电化学和材料领域取得突破性进展，这在当前难以预期。

2 锂电池标准化生产的优势

在技术突破尚未可期的当下，我们可以通过改变锂电池的生产和应用模式来绕开部分技术问题，推进锂电池的应用。由国家对锂电池生产工艺进行评估，选取技术与经济上有优势的工艺为行业标准，进行单体、电池包、接口等统一的规范化生产。同时，车载电池封装成可人工现场装卸的插拔式模块，模块规格统一并可根据实际需求加装工况指示、散热等附件。插拔式电池模块的示意图如图1所示。

这种生产、应用方式具有如下优势：

（1）电池通用性提高，同类型车辆的电池可以互换，降低了电池的使用和维护成本。

（2）电动车可以和电池解绑销售，电池可以采用租赁使用或者仅作为出售电能的容器收取服务费，从而大大降低电动车购买和养护费用。

（3）电动车补充电能时可以直接在充电站快速更换电池模块，能够大大节省充电时间。

（4）可插拔式电池模块体积适中，便于运输，可以采用汽车运载，提供移动充电和应急电源的服务，增强了锂电池的使用灵活性，扩展了应用领域。

（5）充电站可以利用每天的用电低谷时段为电池模块充能，提高低谷电网闲置电能利用率，在帮助市政电网“削峰填谷”的同时还可以利用峰谷销售电价差额获利。这样既利于节能，又利于充电站的经营。

综上所述，通过锂电池标准化生产，可以避开当前的技术瓶颈，利用现有的技术手段改善和扩展锂电池的应用。

3 结论

在现有技术条件下，通过锂电池生产标准化统一化，可以克服电池技术上的部分不足，使锂电池的应用通用化、便捷化、低成本化。在电动车行业快速发展的今天，规格统一、性能稳定的锂电池将为清洁能源的应用和普及注入新的活力。

参考文献：

[1]D D MacNeil，Zhonghua Lu， Zhaohui Chen，etc.A comparison ofthe electrolyte reaction at elevated temperatures for variousLi-ion battery cathodes[J].Power Source，2002（108）：8-14.

[2]何向明，李建刚，王莉等.锂离子电池发展的前瞻—第14届国际锂电池会议评述[J].电池，2008，38（04）：221-224.

[3]国务院.中国制造2025[R].国发（2015）28号，2015.5.19.

[4]覃迎峰，周震涛.锂离子动力电池过充行为的研究[C].中国电池工业协会，电池工业编辑部，2003：121.