动力电池的技术标准现状与趋势

江卫军

1.前言

早期的电动车曾经在18世纪末到19世纪初非常流行，当时采用铅酸电池，只能行驶大约48km的距离。后来内燃机技术迅猛发展，因此电动车一直没有发展起来。从20世纪末开始，石油危机和环境污染的问题使得人们认识到发展电动车的重要性。当时发展比较成熟的镍氢电池能量密度也比铅酸电池有较大幅度提高，因此，在20世纪末开始出现混合动力车（Hybrid Electric Vehicle，简称HEV）。最典型的就是1997年丰田公司上市的普锐斯（Prius）。但在最近10年，由于高能量密度的锂离子电池技术获得迅猛发展，各种电动车的开发再次成为热点，包括纯电动车（Battery Electric Vehicle，简称BEV），轻度混合的HEV和重度混合的PHEV（Plug-in HEV）等。

动力电池作为电动车上的储能装置，其性能对整车具有重要影响，是电动车上最为关键的系统之一，其能量密度、循环特性、安全性能对整车的经济性、动力性和安全性都具有重要影响。因此，动力电池一直以来都是电动车科研和标准化的研究重点。就目前而言，锂离子电池是实现商业化最被看好的动力电池。因此，本文主要讨论锂离子电池及其材料的相关技术标准状况。

2.材料的相关技术标准

锂离子电池的产业化始于20世纪90年代初，具有体积小，能量密度和功率密度高、环保性好、充放电效率高、自放电小等优点，首先在手机通讯、笔记本电脑、数码相机等消费类电子产品获得广泛应用。随着技术的不断发展，锂离子电池开始在电动工具，电动自行车、电动车和航空航天、军事等领域获得应用。

锂离子电池的主要组成是正极、负极、电解质溶液和隔膜。在我国锂离子电池行业刚开始的发展时期，电池里面的各种关键原材料都依靠进口。随后，国内也发展起来了相关的原材料企业，并且逐步取代了进口原材料。这时各种原材料的相关标准也开始逐步制定出来。全国有色金属标准化委员会与中信国安盟固利电源技术有限公司负责完成了锂离子电池中的关键原材料之一钴酸锂正极材料的国家标准GB／T 20252—2006《钴酸锂》的起草和制定工作。随后还完成了锂离子动力电池正极材料锰酸锂的行业标准YS／T 677—2008《锰酸锂》制定，及正极材料镍酸锂的国家标准GB／T 26031—2010《镍酸锂》的制定。锂离子电池的石墨负极材料标准GB／T 24533—2009《锂离子电池石墨类负极材料》主要是深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司完成制定的。另外一个关键材料电解质盐和电解液的标准分别是HG／T 4066—2008《六氟磷酸锂和六氟磷酸锂电解液 第1部分：六氟磷酸锂》和HG／T 4067—2008《六氟磷酸锂和六氟磷酸锂电解液 第2部分：六氟磷酸锂电解液》。另外，还有一些关键材料的测试方法的标准也相继制定出来，包括GB／T 19282—2003《六氟磷酸锂产品分析方法》、GB／T 23365—2009《钴酸锂电化学性能测试 首次放电比容量及首次充放电效率测试方法》、GB／T 23366—2009《钴酸锂电化学性能测试

放电平台容量比率及循环寿命测试方法》、GB／T 23367.1—2009《钴酸锂化学分析方法 第1部分：钴量的测定 EDTA 滴定法》、GB／T 23367.2—2009《钴酸锂化学分析方法 第2部分：锂、镍、锰、镁、铝、铁、钠、钙和铜量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法》等。

由于技术的不断发展和进步，其他各种电池材料，诸如磷酸铁锂、镍钴锰酸锂三元材料、钛酸锂等的相关标准目前也在制定过程中，并将在最近1～2年内完成颁布。

3.电池的相关技术标准状况

根据锂离子电池的发展历程，国内的相关标准最早出现在手机行业，如GB／T 18287—2000《蜂窝电话用锂离子电池总规范》。该标准是中国电子科技集团公司第十八研究所等单位负责起草的，主要对电池的容量、电压、高温低温放电等基本性能以及热冲击、跌落、过充、短路等安全性能进行了标准规范。

但作为电动车用的动力电池，由于需要大量的单体电池进行串联、并联成组，而且车辆运行条件、运行工况不同于普通的单节电池。大量的电池成组后将储存大量的能量。如果电池组在遇到短路、挤压、碰撞、高温、潮湿等极端情况下，有可能会出现燃烧爆炸等问题。因此制定相关的标准来合理科学评价动力电池的安全、可靠性能是非常有必要的。

最早的动力电池国家相关标准有：GB／T 18332.1—2001《电动道路车辆用铅酸蓄电池》、GB／T 18332.2—2001《电动道路车辆用金属氢化物镍蓄电池》、GB／T 18333.1—2001《电动道路车辆用锂离子蓄电池》和GB／T 18333.2—2001《电动道路车辆用锌空气蓄电池》。随后根据实际情况北方汽车质量监督检验鉴定试验所等单位在2006年修改制定了动力电池的汽车行业标准QC／T 744—2006《电动汽车用金属氢化物镍蓄电池》、QC／T 743—2006《电动汽车用锂离子蓄电池》、QC／T 742—2006《电动汽车用铅酸蓄电池》、QC／T 741—2006《电动汽车用超级电容器》。从2001年的国家标准和2006年的行业标准来看，两者的区别主要有：（1）2006年的行业标准更加明确了单体和成组（模块）的不同，并将试验项目也以此来划分。（2）行业标准参考了国内的相关标准、国内动力电池的技术水平及实际应用特性，比2001年的国家标准项目要求更加严格苛刻。（3）由于各个模块的一致性极大影响着电池组整体性能的发挥，行业标准还将电池模块的各种试验结果进行一致性的分析。（4）行业标准对安全性能评价方面增加了更多的测试项目和要求。原来的国家标准中只有过充过放等几项简单的要求。而2006年的行业标准参考了国际上的IEC 62281、UL 1642、UN 38.3《联合国危险物品运输试验和标准手册》、美国USABC的EV车用电池测试手册、美国Freedom CAR项目的HEV车用电池测试手册等安全测试要求，因此安全可靠性更高。

另外，由于最近两年锂离子动力电池在电动自行车领域也获得了较快的发展，电动自行车等产品用锂离子电池（组）也在2011年被列入了轻工业行业标准的制定工作计划中。

4.今后的发展趋势

目前的动力电池技术水平还无法完全满足市场的需求。今后，动力电池将通过采用低成本的原材料和优化制作工艺来降低成本、采用高能量密度的正负极材料来增加一次充电的行驶里程、采用更高安全性的关键材料和优化设计来改善电池的安全性能。因此，今后的电池材料和相关技术都还将不断发展和进步。新的材料和技术的出现必将形成新的技术标准。因此相关的技术标准工作将继续跟着行业的发展在关键材料的标准、电池模块的标准、动力电池的回收标准等方面不断完善。