汽车用动力锂离子电池发展现状时间（精选五篇）

第一篇：汽车用动力锂离子电池发展现状时间

汽车用动力锂离子电池发展现状时间 车用锂离子电池材料

1.1 理想的车用锂离子电池正负极材料要求

电池材料的物理结构和化学组成决定了它的性能,理想的车用锂离子电池材料应具备以下特征:(1)具有层状或隧道的晶体结构,以利于锂离子的嵌入和脱出,以保证锂离子电池的循环寿命;(2)充放电过程中,应有尽可能多的锂离子嵌入和脱出,使电极具有较高的电化学容量;(3)在锂离子进行嵌脱时,电池有较平稳的充放电电压;(4)锂离子应有较大的扩散系数,以减少极化造成的能量损耗,保证电池有较好的快充放电性能;(5)材料应价格便宜,对环境无污染,质量轻,可回收。1.2 车用锂离子电池正极材料

目前锂离子电池正极材料主要有:锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、磷酸铁锂等,负极材料主要有石墨、钛酸锂等。不同锂离子电池正极材料性能比较见表1。

从整车安全和电池成本考虑,磷酸铁锂是最有可能在汽车用动力电池上应用的锂电池正极材料,其优点有:(1)安全性好:稳定,即使在过充电情况下也不会产生游离氧,不和电解液反应;可以放电到0 V,电池无大的损伤;与有机电解液反应活性低;热力学稳定状态, 400 ℃以下无变化。

(2)稳定性高:充放电过程中,晶体结构不会发生变化;三维结构, L i +二维移动,利于锂的嵌入;充电电压低,电解液更稳定,电池副反应少;循环寿命长。

(3)环保:整个生产过程清洁无毒,所有原料都无毒。

(4)价格便宜:磷酸盐采用磷酸源和锂源以及铁源为材料,价格便宜。但磷酸铁锂材料也存在以下缺点:(1)导电性差:磷酸铁锂不能得到大范围应用的主要问题,需往磷酸铁锂颗粒内部掺入导电碳材料或导电金属微粒,或颗粒表面包覆导电碳材料,提高材料的电子电导率。

(2)振实密度较低:一般只能达到1.3～1.5,该缺点决定了在小型电池如手机电池等没有优势,主要用来制作动力电池。

(3)电压平台低:一般为3.2 V。

目前锂铁电池正极生产技术有以下三种:(1)在粉体颗粒表面以碳元素涂布;(2)用金属氧化物包覆颗粒;(3)采用纳米制程技术细化材料颗粒,使之微粒化。车用锂离子电池系统

车用锂离子电池系统一般由电芯及电池组、电池管理系统(BMS)、高压电安全系统(直流接触器、熔断器、预充电电阻)、冷却系统和检测单元(电流传感器、电压传感器和温度传感器)等组成,如图1所示。

2.1 电芯及电池组

一个典型的锂离子电芯主要包括正极片、负极片、正负极集流体、隔膜纸、外壳及密封圈、盖板等,常用电芯形状主要有圆柱形和方形。

为了满足整个电池系统的电压、能量和功率要求,电池组一般是由若干个电芯按照串联或并联的方式组合起来,每个电芯之间由导线连接,同时,为了对电芯的温度、电流、电压、荷电状态(SOC)等信息进行实时监测,又可以把电池组分成若干个模块,各电芯和模块之间以一定方式科学合理组合,保证整个电池组的电性能、热平衡和散热要求。2.2 电池管理系统BMS 电池管理系统(BMS)用来监控和保护电池的运行状态,应该能精确检测电池的参数,包括:单体电压、模块电压、电流、温度。利用电池模块和电池系统的信息计算并报告荷电状态SOC,寿命状态SOH(State Of Health),当前可用充放电功率,并执行对接触器的控制。BMS系统由BMU(Battery Module Unit,又名CECU, Center Electronic Controller Unit), CSC(Cell Supervising Circuit,又名LECU, Local Electronic Control Unit)、接触器、预充电电阻、保险丝、电压传感器温度传感器,以及电流传感器等模块组成。图2显示了电池及其管理系统与外部连接的典型例子。

在BMS中, CSC主要功能有:(1)单体/模块电压采集:一个模块由若干个电池单体串并联组成,并由一个CSC监控,每个CSC采集模块内各个单体的电压和整个模块的电压;(2)模块内平衡: CSC根据判断模块内各个单体的电压,通常是通过电阻放电的形式,消除模块间容量的差异;(3)电池模块温度检测: CSC测量若干点模块内电池的温度;(4)CAN通信: CSC将采集到的数据上传给BMU。BMU主要功能有:(1)系统电压测量: BMU采集整个系统的总电压;(2)电流测量: BMU采集整个系统的电流,通常通过分流器(shunt)或者霍尔器件(Hall);(3)绝缘检测: BMU 测量电池组对车身地(vehicle chassis)之间的绝缘电阻,可通过三电压法等方式;(4)SOC预测功能:在实时充放电过程中,能在线监测电池组容量,能随时给出电池组整个系统的剩余容量百分比;(5)SOH预测功能:根据实际的运行累积状况,给出蓄电池组的当前容量,内阻,循环寿命,日历寿命等;(6)可充放电功率计算: BMU通过不同SOC,温度来计算当前整车可以放电和充电的功率;(7)故障保护:过电流、过压、欠压、过温、单体间电压/温度不平衡。在以上故障出现时, BMU通知给VMS整车管理系统,请求降功率运行或关断充放电回路;(8)预充电: BMU在闭合高压接触器时,先对高压母线预充电;(9)模块间平衡: BMU通过命令控制CSC,来补偿不同模块间的容量差异;(10)热管理: BMU通过电池温度,实现对散热装置的控制(如风冷,控制风扇的转速);(11)通讯功能: BMU采用CAN总线的方式分别与子系统模块、VMS整车管理系统及充电器进行通讯;(12)充电器控制: BMU控制充电器的输出,并监测整个充电过程。

2.3 电池安全及高压电 2.3.1 电池安全

对于车用锂离子电池,国标和美国先进电池协会(USABC)有严格的滥用性能测试要求及测试项目。滥用测试性能等级要求从1到7级,当等级大于2级,电池即遭到了不可修复的损坏。滥用测试项目分为3大类,包括机械、热和电滥用总共16个项目。每个量产的电池产品都必须完成以上滥用测试。

如果车用锂离子电池系统使用不当,如过充、过放、过热、碰撞等条件下可能产生以下安全隐患:(1)内部短路,应用钴酸锂的锂电池在过充时(甚至正常充放电时),锂离子在负极堆积形成枝晶,刺穿隔膜,形成内部短路;(2)产生大电流,包括外部短路时,电池瞬间大电流放电,产生巨大热量,内部短路,隔膜穿透,温度上升,短路扩大,形成恶性循环;(3)气体排放,如有机电解液在大电流,高温条件下电解,产生气体,导致内压升高,严重时冲破壳体;(4)燃烧,金属锂在壳体破裂时与空气接触,导致燃烧,同时引燃电解质发生爆炸。如图3所示。

因此在设计车用锂离子动力电池系统时,应从电池材料(包括正负极材料、隔膜、电解液)、电芯的设计和制造(包括电池结构、安全设计、均一性)、电池系统的安全功能(包括电池管理系统、热管理系统、高压安全、外壳等)、整车安全功能等不同层面进行研究和分析,确保其在车上的安全使用。2.3.2 高压互锁回路HVL 车用锂离子电池系统设计时,电池管理系统要提供一个手动开关,手动开关内部集成主回路的保险丝及主回路的高压互锁电路。当手动开关从电池系统中拔出,此时要保证电池系统的输出端没有任何潜在的危险电压。电池管理系统同时要为充电器提供另一个高压互锁电路。电池管理系统要实时监控高压动力母线以及充电器的高压互锁电路,电池管理系统提供高压互锁电路的输出源,同时在CAN网络上给出当前的高压互锁电路的监控信息。所有的高压部件都应提供高压互锁的连接装置,这些高压互锁连接装置通过串行方式进行连接。2.3.3 绝缘电阻测量

电池管理系统要实时测量高压动力母线正负极和车身的绝缘电阻状态,并通过CAN总线上报当前的绝缘电阻值。如果当前测量的绝缘电阻值小于设定值,如对于最高电压400V左右的系统,绝缘电阻为400 KΩ时,电池管理系统要给出报警信号,如果当前测量的绝缘电阻值小于设定值,如200 KΩ,电池管理系统要给出危险信号并切断所有的主接触器。2.3.4 碰撞安全

车辆在行使过程中,碰撞是不可避免的。出于安全考虑,电池系统主回路上必须安装碰撞开关,且要求车用锂离子电池管理系统的正极、负极主接触器及预充电接触器的电源由碰撞开关提供。同时,电池管理系统需要控制正极、负极主接触器及预充电接触器的电源负极。

当碰撞开关断开后,正极、负极主接触器及预充电接触器的电源会被切断。2.4 电池热管理系统

根据不同的油电混合程度以及纯电动续驶里程,车用锂离子电池系统无论是功率、能量还是体积、重量都有所不同。当车辆在不同运行工况下,电池系统由于其自身有一定的内阻,在输出功率、电能的同时产生一定的热量,使电池温度升高,当电池温度超出其正常工作温度区间时,必须限功率工作,否则会影响电池的寿命。为了保证电池系统的电性能和寿命,车用锂电池系统都必须具有热管理系统。在设计电池热管理系统时,一般的要求有:(1)电池满功率工作的温度区间定义,电池降功率工作区间定义;(2)电池低温启动性能要求;(3)电池隔热功能;(4)电池主动制冷和主动制热功能;(5)制冷和制热方案,如风冷或液冷。

风冷方案设计主要考虑电池系统结构的设计,风道,风扇的位置及功率的选择,风扇的控制策略等。液冷方案设计主要考虑冷却管道,流场,进出口冷却剂的流量、温度、压降。水泵及整车空调压缩机的控制策略等。

2.5 电池系统外形设计及布置

根据汽车制造企业的要求进行设计,因不同的车型和可用空间大小要求而设计,形状可适当灵活设计,一般做成一个整体比较好,有利于电池的热管理,降低成本,提高电池的热均衡性,提高电池的寿命。对于乘用车,一般放置位置在车身底盘、车后座椅及后备箱之间或备胎空间里。车用锂离子电池系统主要国内外供应商

国外主要的车用锂离子电池供应商及主推体系、合作企业相关信息见表2。

从发展趋势看,大型动力锂离子电池企业与大型汽车公司合作开发车用动力电池系统已成为潮流。强强联手一方面将加强动力电池开发的资本实力,保障了产业化所需要的资金,另一方面加快了汽车与动力电池的接口融合,将加速其产业化。锂离子电池系统存在的技术难题和解决措施

锂离子电池是未来车用动力电池的首选技术。但锂离子电池仍然处于实验、限量生产水平,短期应用还存在风险, 锂离子电池应用到混合动力车上面临的主要挑战是产量和可靠性,包括寿命和潜在安全问题,从而导致电池生产商和汽车制造商同时面临很大的经济风险,很多化学和电池机构正在进行该项研究。如图4所示,对于混合动力车,使用寿命、工作温度范围和价格还有很大挑战,但在延长使用寿命方面已经取得了显著进展并仍在继续。

对于电动车用电池, 使用寿命、工作温度范围和价格仍然有很大的挑战,另外能量密度和比能量也存在挑战,如图5所示。为了达到能量需求目标,在先进的电极方面必须有大的发展和突破。

另外,包括锂离子电池系统的高压安全、电池材料的回收、电池充电技术等也还面临着很大的挑战。展望

目前全球电动车电池技术发展有两大方向:一是从现有的二次电池加以改良,另一则是开发新的燃料电池。目前车用动力电池多数仍停留在价格相对便宜的铅酸电池等传统产品上,但随着技术突破和生产成本有效控制,锂电池质轻、续航里程长以及高能量密度和输出功率的优势逐渐浮现,长期来看将成为发展主流,整车厂与锂离子电池生产厂商合作共同开发电池系统是必然趋势。

但在锂离子电池系统本身存在的价格、寿命、安全等主要问题解决之前,其在新能源汽车上的大规模应用还需要2～5年。

锂电池现状：低端饱和高端不足

到2014年，全球汽车用锂电池市场的规模将上升至248亿美元，比2008年增长215倍。目前70%的锂离子电池应用于手机和笔记本电脑，随着混合动力车和电动汽车的普及，全球新能源汽车市场有望急速扩大，各国也开始加入到这场事关本国未来新能源汽车发展的“锂电大战”之中。目前世界上在新能源车技术上走在前列的是日本、德国以及美国。中国锂电池厂家虽然数量并不比国外逊色，但是真正能生产出高品质锂电池的企业并不多。

去年，上汽集团考察了全国的锂电池厂，最后下定决心和美国A123公司合作，原因就是在国内几乎没有能够满足汽车需求的电池。中国锂电池厂的规模并不小，例如，在锂电池技术领域，比亚迪、力神集团、深圳比克电池等企业，都置身于锂电池的深度研发。在新能源汽车领域，无论是上游还是中游和下游，国内已经涌现出一大批勇敢的“试水者”。其中，比亚迪、奇瑞、长安已经开始进入新能源汽车的产业化阶段，中游和上游企业如宁波杉杉、浙江万向、科力远（600478）和中信国（000839）、西部矿业（601168）等，也在加快步伐改进原材料的生产工艺水平，以提升质量，增加产能。但是，之所以还是会出现上汽事件，“那是因为中国的锂电池厂家基本上都是在低端电池上下工夫，真正迈入高端科技的厂家很少。”恒正科技苏州公司董事长董明如是说。究其原因在于，手机、笔记本用锂电池技术简单，而车用锂电池则是一项复杂的工艺。没有高额投资和先进的技术力量，成功研发车用锂电池很难。

目前业内的主流观点认为，新能源汽车将沿着 “镍氢-锂电-燃料电池”产业化路径发展。因此，无论如何，锂电池都是必须经历的阶段。而中国现在的最大症结，董明认为是低水平重复建设。

1、一般来说，满足汽车需要的锂电池，成品率应该在60%以上，成品率能够达到80%的，就可以盈利，如果能达到90%的成品率，则可以实现40%的毛利。而国内如今的平均水平也只能达到60%的成品率，一旦新能源汽车大量生产，中国目前的锂电池市场是无法满足需求的。说到这里就不难理解，为什么明明未能满足需求的车用锂电池，却被专家称产能过剩。

2、国内现在做得较好的电池企业，当属比亚迪，它是目前国内唯一掌握车用磷酸铁锂电池组规模化生产技术的企业，该技术在世界上也处于领先地位，比亚迪纯电动车E6和混合动力车F3DM已正式推出搭载其自主研发的锂动力电池。但是，除了比亚迪、风帆股份（600482）这样少数的几家资金雄厚的企业外，如前所述，大多数的企业还都在低端领域徘徊，因此，中国的锂电池市场就变成了低端产能过剩，高端供不应求。

3、考察一个锂电池厂是否具备良好条件，除了资金实力之外，技术水平很重要。而考察技术水平一个重要的标准是，电池的材料和设备是厂家提标准还是供应商提标准。中国目前的市场现状是，基本上都是供应商在提标准，因此厂家很被动，不能实现真正意义上的独立研发、创新。

4、一般而言，要想成功投资一家锂电池生产厂，高端的至少需要三五个亿，如今，中国是三五百万就起家了，很多人都想着等赚钱了再投资扩大规模。实际上，三五百万起家和三五个亿起家相差很远。人员、装备、技术、环境的差别，导致了中国的锂电池成品率低。日本之所以走在锂电池生产的前沿，是因为日本的设备后期维护人员都会参与到设备研发的环节，对设备的构造和应用了如指掌，而中国设备基本上都是依靠进口，就导致了后期管理的不完善，对设备的利用和保养不到位，使得电池的成品率也无法跟上，更别谈高端生产品牌竞争力，在中国目前这样的大环境下，后期成长较难。

5、除了资金和技术因素之外，对市场的了解和把握也决定着投资者投资的成败。比方说，原材料的购买，市场的需求能力等。十年前，美国、德国和日本就已经完成了锂电池革命，目前世界领先的技术都在这几个国家。如今他们想要转战中国市场，因此引来中国市场的热捧，对此，经济学家郎咸平一度称，这是一场阴谋。高污染的事都让中国做了，发达国家直接享受干净的电池，实际上是对中国资源的掠夺和环境的伤害

6、锂电池核心材料依赖进口也是中国企业面临的一个问题。目前锂电池的核心材料隔膜和电解质里的盐，中国都是依赖进口，这样的话，和国外相比，一是成本较高，二是如果出现断货，中国市场的大量生产就要受到影响。因此解决好这个问题，企业才能进一步生产。

7、另外就是资源，生产一台电动汽车，需要200斤左右的锂电池，需要耗费大约60公斤的磷酸铁锂，假设年产100万辆电动汽车，那么就需要6万吨磷酸铁锂，但是目前全球可查的磷酸铁锂产能是1500吨，因此缺口很大，让人们对未来不免有些担忧。正因如此，所以磷酸铁锂的利润很高，高达70%。

中国目前的锂电池生产主要集中在京津地区、山东、江西、深圳，去年最热的山东地区，如今也平静很多。董明称，只有投资，没有产出，让山东的投资看起来并不美丽。如今最热的江西地区也是，江西的优势在于有锂矿，但是如果管理、技术跟不上，锂电池产业园也无法让人乐观。

不过，就算锂电池市场有诸多的不如意，人们还是认为电动车的未来是值得期待的，是大势所趋。因此只要能掌握好投资要素，锂电池的风景应该还是不错的。

第二篇：国外混合动力汽车发展现状分析

国外混合动力汽车发展现状分析

当前，全球汽车工业正面临着金融危机和能源环境问题的巨大挑战。发展新能源汽车，实现汽车动力系统的新能源化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成广泛共识。在这种形势下，美国、日本、欧洲等发达国家和地区，不约而同地将新能源为代表的低碳产业作为国家战略选择，都希望通过新能源产业与传统汽车产业的结合，破解汽车工业能源环境制约，培育新型战略性产业，提升产业核心竞争力，发展低碳经济，实现新一轮经济增长。在太阳能、电能等替代能源真正进入实用阶段之前，混合动力汽车因其低油耗、低排放的优势越来越受到人们的关注。

混合动力汽车分类及技术特点

目前，混合动力汽车分为串联式混合动力汽车、并联式混合动力电动汽车、混联式（串、并联式）混合动力汽车和外接充电式（Plug-In）混合动力汽车四大类。

串联式混合动力汽车（SHEV）是由发动机、发电机和驱动电动机三大动力总成组成，发动机、发电机和驱动电动机采用“串联”的方式组成驱动系统。串联式混合动力汽车用发动机－发电机组均衡发电，电能供应驱动电动机或动力电池组，使串联式混合动力汽车的行驶里程得到延长。

并联式混合动力电动汽车（PHEV）是由发动机、电动/发电机或驱动电动机两大动力总成组成，发动机、电动/发电机或驱动电动机采用“并联”的方式组成驱动系统。并联式混合动力电动汽车的驱动力组合有发动机轴动力组合式、动力组合器动力组合式和驱动轮动力组合式三种不同的组合模式。

混联式混合动力电动汽车（PSHEV）是上述两种混合动力汽车的结构特点组成的，是由发动机、电动/发电机和驱动电动机三大动力总成组成。并联式混合动力电动汽车的驱动力组合有动力组合器动力组合式和驱动轮动力组合式两种组合模式。混联式混合动力电动汽车兼有串联式混合动力汽车和并联式混合动力电动汽车的优点，可以组合成更多种形式的混合驱动的驱动模式。

外接充电式混合动力汽车（PHEV）是最新的一代混合动力汽车类型，即在混合动力汽车上增加了纯电动行驶工况，并且加大了动力电池容量，使PHEV采用纯电动工况可行驶一定里程，超过该里程就启动内燃机，采用混合驱动模式。

混合动力汽车的特点

混合动力汽车具有油、电发动机的互补工作模式，具有省油、节能的优势。同时，混合动力系统在同等条件下相对于汽油车和柴油车来说，汽车尾气排放少，从而减少对空气的污染。因此，混合动力汽车具有环保、污染小的优点。

近年来，美、日、德等汽车工业强国先后发布了关于推动包括混合动力汽车在内的新能源汽车产业发展的国家计划。美国奥巴马政府实施绿色新政，计划到2015年普及100万辆插电式混合动力电动汽车（PHEV）。日本把发展新能源汽车作为“低碳革命”的核心内容，并计划到2020年普及包括混合动力汽车在内的“下一代汽车”达到1350万辆,为完成这一目标,日本到2020年计划开发出至少38款混合动力车、17款纯电动汽车。德国政府在08年11月提出未来10年普及100万辆插电式混合动力汽车和纯电动汽车，并宣称该计划的实施，标志德国将进入新能源汽车时代。

动力电池成为各国政府在电动汽车领域支持的重中之重。美国总统奥巴马09年8月宣布安排24亿美元支持PHEV的研发与产业化，其中20亿美元用来支持先进动力电池的研发和产业化。日本政府提出“谁控制了电池，谁就控制了电动汽车”，并组织实施国家专项计划，在2011年以前将投入400多亿日元用于先进动力电池技术研究，2010年左右新型锂电池将规模应用于下一代新能源汽车。德国从今年起启动了一项4.2亿欧元的车用锂电池开发计划，几乎所有德国汽车和能源巨头均携资加入。国家的大量投入，充分调动了企业的积极性，目前国际主要汽车制造商不断加强与电池企业的合作，以动力电池突破为核心目标的强强联合与产业联盟不断涌现，动力电池技术研发和产业化进程明显加快。

各国政府加大了政策支持力度，全力推进包括混合动力汽车在内的新能源汽车产业化。美国对PHEV实施税收优惠，减税额度在2500美元和15000美元之间，同时美国政府对电动汽车生产予以贷款资助。09年6月23日，福特、日产北美公司和Tesla汽车公司获得80亿美元的贷款，主要用于混合动力和纯电动汽车的生产。日本从09年４月１日起实施新的“绿色税制”，对包括混合动力车、纯电动汽车等低排放且燃油消耗量低的车辆给予税赋优惠，一年的减税规模约为2100亿日元，是现行优惠办法减税额的10倍。法国对购买低排放汽车的消费者给予最高5000欧元的奖励，对高排放汽车进行最高2600欧元的惩罚。此外，欧盟计划在2009年上半年发放70亿欧元贷款，支持汽车制造商发展新能源汽车；此外，美国新的汽车燃油经济性法规和欧盟新车平均二氧化碳排放法规，对汽车的技术要求大幅提高，如果不发展新能源汽车技术，汽车制造商将很难达到新法规的要求。

从1995年起，包括日本丰田与美国三大汽车公司在内的世界各大汽车生产厂商陆续投入混合动力汽车的研究开发。经过多年发展，混合动力汽车在商用化、产业化进程上的发展已经较为迅速。特别是2004 年全球各大汽车制造商继续加大环保车型的开发力度，混合动力车型成为各大公司的战略重点，逐渐突破了小型车的限制越来越多的应用在中大型车上，技术竞争愈演愈烈。2009年世界汽车市场混合动力汽车销量估计已经超过70万辆，据预测，2010 年将达100万辆，2015年将在世界汽车市场占15%，2020年占25%。

在日本，1997年，日本丰田推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车，其后又在2001年相继推出了混合动力面包车和皇冠轿车，运用了先进的混合动力系统（THS）电子

控制装置与电动四轮驱动及四轮驱动力/制动力综合控制系统，在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面处于世界前沿。以丰田为代表的日系企业，正是在10多年前的精确判断，才最终以混合动力这种过度的新能源技术傲力如今的世界汽车市场。丰田普锐斯轿车2009年的销量达20.89万辆，同比增长达290%，成为包含微型车在内的新车销量排行榜榜首。

在美国，美国三大汽车公司通用、福特和戴姆勒-克莱斯勒在2004年就组建了生产混合动力汽车和燃料电池汽车所用电池联合开发公司——USABC，投资460万美元开发新一代环保型双动力汽车所需要的高性能锂聚合物电池。2005年9月，通用汽车、戴姆勒•克莱斯勒集团与宝马集团签署了关于构建全球合作联盟，以共同开发混合动力推进系统的合作备忘录，共享各自在混合动力推进系统方面领先的技术能力及丰富的科技资源，并把发展“双模”完全混合动力系统作为首要目标。2009年美国混合动力汽车销量达到29.03万辆，占美国汽车市场份额达2.8%,虽然份额还较小，但却从2005年的1.2%开始呈逐年上升之势。预计美美混和动力汽车的销量2013年将达到87.2万辆，市场占有率将达到5%。

第三篇：锂离子电池负极材料的研究现状、发展及产业化

锂离子电池负极材料的研究现状、发展及产业化

作者: userhung发布日期: 2008-09-08

锂离子电池(Lithium Ion Battery，简称LIB)是继镍镉电池、镍氢电池之后的第三代小型蓄电池。作为一种新型的化学电源，它具有工作电压高、比能量大、放电电位曲线平稳、自放电小、循环寿命长、低温性能好、无记忆、无污染等突出的优点，能够满足人们对便携式电器所需要的电池小型轻量化和有利于环保的双重要求，广泛用于移动通讯、笔记本电脑、摄放一体机等小型电子装置，也是未来电动交通工具使用的理想电源。

锂离子电池自1992年由日本Sony公司商业化开始便迅速发展。2000年以前世界上的锂离子电池产业基本由日本独霸。近年来，随着中国和韩国的崛起，日本一枝独秀的局面被打破。2003年全球生产锂离子电池12.5亿只，其中中国生产4.5亿只（含日本独资和合资），国内电池公司产量大于2.8亿只，占全球锂离子电池总产量的20％以上。近几年我国锂离子电池产量平均以每年翻一番的的速度高速增长，专家预测，未来几年，随着一批骨干企业生产规模的不断扩大，收集和笔记本电脑、摄像机、数码相机等便携产品的持续增长，我国锂离子电池产业仍将保持年平均30％以上的增长速度，2004年国内小型锂离子电池可达日产200～300万只，全年产量超过6亿只。

锂离子电池能否成功应用，关键在于能可逆地嵌入脱嵌锂离子的负极材料的制备。这类材料要求具有： ①在锂离子的嵌入反应中自由能变化小;②锂离子在负极的固态结构中有高的扩散率;③高度可逆的嵌入反应;④有良好的电导率;⑤热力学上稳定同时与电解质不发生反应。目前，研究工作主要集中在碳材料和其它具有特殊结构的化合物。

1.碳负极材料

碳负极锂离子电池在安全和循环寿命方面显示出较好的性能，并且碳材料价廉、无毒，目前商品锂离子电池广泛采用碳负极材料。

众所周知，碳材料种类繁多，目前研究得较多且较为成功的碳负极材料有石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纤维、裂解聚合物和裂解碳等.在众多的用作碳负极的材料中，天然石墨具有低的嵌入电位，优良的嵌入－脱嵌性能，是良好的锂离子电池负极材料。通常锂在碳材料中形成的化合物的理论表达式为LiC6，按化学计量的理论比容量为372mAh/g。近年来随着对碳材料研究工作的不断深入，已经发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整，或使石墨部分无序化，或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，锂在其中的嵌入－脱嵌不但可以按化学计量LiC6进行，而且还可以有非化学计量嵌入－脱嵌，其比容量大大增加，由LiC6的理论值372mAh/g提高到700mAh/g～1000mAh/g，因此而使锂离子电池的比能量大大增加。所以近年来锂离子电池的研究工作重点

在碳负极材料的研究上，且已经取得了许多新的进展。Okuno等[8]研究了用中介相沥青焦炭(mesophase pitch carbon，MPC)修饰的焦炭电极，发现焦炭电极的比容量仅170mAh/g～250mAh/g，焦炭和MPC按4∶1的比例混合，比容量为277mAh/g，而用MPC修饰的焦炭电极其比容量为300mAh/g～310mAh/g。马树华等[9]在中介相微球石墨(MCMB)电极上人工沉积一层Li2CO3或LiOH膜，电极的容量及首次充放电效率均有一定的改善。

邓正华等采用热离子体裂解天然气制备的天然气焦炭具有较好的嵌Li能力，初次放电容量为402mAh/g，充电量为235mAh/g，充放电效率为58.5%。冯熙康等[11]将石油焦在还原气氛中经2600℃处理后制得的人造石墨外部包覆碳层，发现处理后的这种材料有较高的比容量(330mAh/g)，较好的充放电性能，较低的自放电率。

三洋公司采用优质天然石墨作负极，石墨在高温下与适量的水蒸气作用，使其表面无定形化，这样Li+较容易嵌入石墨晶格中，从而提高其嵌Li的能力。

碳负极的嵌Li能力对不同的材料有所不同，主要是受其结构的影响。如Sony公司使用聚糠醇的化合物，三洋公司使用天然石墨，松下公司采用中介相沥青基碳微球。一般说来，无定形碳具有较大的层间距和较小的层平面，如石墨为0.335nm，焦炭为0.34nm～0.35nm，有的硬碳高达0.38nm，Li+在其中的扩散速度较快，能使电池更快地充放电。Dohn描述了石墨层间距d002与比容量的关系，表明随d002的增大，放电比容量增高。Takami研究了中介相沥青基纤维在不同温度下的层间距和扩散系数，认为层间距取决于碳的石墨化程度，石墨化程度增加可降低Li+扩散的活化能，并有利于Li+的扩散。

高比容量的碳负极材料，可以极大地提高锂离子电池的比能量，但是部分裂解的碳化物有一个明显的缺陷就是电压滞后，即充电时Li+在0V(vs.Li+/Li)左右嵌入，而放电时在1V(vs.Li+/Li)脱嵌，尽管此类电池充电电压有4V，但实际上只有3V的工作电压。Takami等认为酚醛树脂、聚苯胺、微珠碳等明显有电压滞后现象。此外，这类材料的制备工序复杂，成本较高。

天然鳞片石墨用作锂离子电池负极材料的不足之处在于石墨层间以较弱的分子间作用力即范德华力结合，充电时，随着溶剂化锂离子的嵌入，层与层之间会产生剥离(exfoliation)并形成新的表面，有机电解液在新形成的表面上不断还原分解形成新的SEI膜，既消耗了大量锂离子，加大了首次不可逆容量损失，同时由于溶剂化锂离子的嵌入和脱出会引起石墨颗粒的体积膨胀和收缩，致使颗粒间的通电网络部分中断，因此循环寿命很差。

对鳞片石墨进行修饰，可以大大提高它的可逆容量和循环寿命.Kuribayashi等采用酚醛树脂包覆石墨，在700～1200℃惰性气氛下热分解酚醛树脂，形成以石墨为核心、酚醛树脂热解碳为包覆层的低温热解碳包覆石墨。包覆层在很大程度上改善了石墨材料的界面性质。低温热解碳包覆的石墨不仅具有低电位充、放电平台;同时借助于与电解液相容性好的低温热解碳阻止了溶剂分子与锂离子的共嵌入，防止了核心石墨材料在插锂过程中的层离，减少了首次充、放电过程中的不可逆容量损失并延长了电极的循环寿命。此外，对碳材料的改性方法还有表面氧化、机械研磨和掺杂等，可以有效提高电极的电化学性能。

2．非碳负极材料

近年来对LIB非碳类负极材料的研究也非常广泛。根据其组成通常可分为：锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物和纳米合金材料。锂过渡金属氮化物具有很好的离子导电性、电子导电性和化学稳定性，用作锂离子电池负极材料，其放电电压通常在1.0V以上。电极的放电比容量、循环性能和充、放电曲线的平稳性因材料的种类不同而存在很大差异。如Li3FeN2用作LIB负极时，放电容量为150mAh/g、放电电位在1.3V(vs Li/Li+)附近，充、放电曲线非常平坦，无放电滞后，但容量有明显衰减。Li3-xCoxN具有900mAh/g的高放电容量，放电电位在1.0V左右，但充、放电曲线不太平稳，有明显的电位滞后和容量衰减。目前来看，这类材料要达到实际应用，还需要进一步深入研究。SnO/SnO2用作LIB负极具有比容量高、放电电位比较低(在0.4~0.6V vs Li/Li+附近)的优点。但其首次不可逆容量损失大、容量衰减较快，放电电位曲线不太平稳。SnO/SnO2因制备方法不同电化学性能有很大不同。如低压化学气相沉积法制备的SnO2可逆容量为500mAh/g以上，而且循环寿命比较理想，100次循环以后也没有衰减。在SnO(SnO2)中引入一些非金属、金属氧化物，如B、Al、Ge、Ti、Mn、Fe等并进行热处理，可以得到无定型的复合氧化物称为非晶态锡基复合氧化物

(Amorphous Tin-based Composite Oxide 简称为ATCO)。与锡的氧化物(SnO/SnO2)相比锡基复合氧化物的循环寿命有了很大的提高，但仍然很难达到产业化标准。

纳米负极材料主要是希望利用材料的纳米特性,减少充放电过程中体积膨胀和收缩对结构的影响,从而改进循环性能。实际应用表明:纳米特性的有效利用可改进这些负极材料的循环性能,然而离实际应用还有一段距离。关键原因是纳米粒子随循环的进行而逐渐发生结合,从而又失去了纳米粒子特有的性能,导致结构被破坏,可逆容量发生衰减。此外，纳米材料的高成本也成为限制其应用的一大障碍。

某些金属如Sn、Si、Al等金属嵌入锂时，将会形成含锂量很高的锂-金属合金。如Sn的理论容量为990mAh/cm3，接近石墨的理论体积比容量的10倍。合金负极材料的主要问题首次效率较低及循环稳定性问题，必须解决负极材料在反复充放电过程中的体积效应造成电极结构破坏。单纯的金属材料负极循环性能很差，安全性也不好。采用合金负极与其他柔性材料复合有望解决这些问题。

总之，非碳负极材料具有很高的体积能量密度，越来越引起引起科研工作者兴趣，但是也存在着循环稳定性差，不可逆容量较大，以及材料制备成本较高等缺点，至今未能实现产业化。负极材料的发展趋势是以提高容量和循环稳定性为目标，通过各种方法将碳材料与各种高容量非碳负极材料复合以研究开发新型可适用的高容量、非碳复合负极材料。

3．产业化现状

在锂离子电池负极材料中，石墨类碳负极材料以其来源广泛，价格便宜，一直是负极材料的主要类型。除石墨化中间相碳微球（MCMB）、低端人造石墨占据小部分市场份额外，改性天然石墨正在取得越来越多的市场占有率。我国拥有丰富的天然石墨矿产资源，在以天然石墨为原料的锂离子负极材料的产业化方面，深圳贝特瑞电池材料有限公司以高新科技促进传统产业的发展，运用独特的整形分级、机械改性和热化学提纯技术，将普通鳞片石墨加工成球形石墨，将纯度提高到99.95%以上，最高可以达到99.9995%。并通过机械融合、化学改性等先进的表面改性技术研制、生产出具有国际领先水平的高端负极材料产品，其首次放电容量达360mAh/g以上，首次效率大于95%，压实比达1.7g/cm3，循环寿命500次容量保持在88%以上。产品出口至日本、韩国、美国、加拿大、丹麦、印度等国家，并在国内40余家锂电厂家应用。该公司年产1800吨天然复合石墨（MSG、AMG、616、717、818等）、1200吨人造石墨负极材料（SAG系列、NAG系列、316系列、317系列）、3000吨球形石墨（SG）、5000吨天然微粉石墨和600吨锰酸锂正极材料，并正在不断扩大生产规模，同时可以根据客户的需求、工艺、设备以及存在的问题为客户开发客户需要的产品。生产的产品品质稳定、均一，具有很好的电化学性能和卓越加工性能，可调产品的比表面积、振实密度、压实密度、不纯物含量和粒度分布等。主要生产设备和检测仪器均从国外进口，从而形成该公司独特的核心竞争力的一部分。在锂离子电池负极材料行业贝特瑞已经引领了该行业的发展方向。

在锂离子电池负极材料领域，该公司的锂离子电池负极材料的已站在新一代国产化材料应用的前沿，代表着石墨深加工的方向。为确保产品持续领先，不断进行技术创新、产品创新、制度创新、思维理念创新，持续进行新产品开发，新近又推出了超高容量的合金负极材料(可逆容量>450mAh/g)、复合石墨PW系列、BF系列、纳米导电材料、锂离子动力电池用多元复合负极材料等产品。据来自全球电池强国??日本的权威信息表明：深圳市贝特瑞电子材料有限公司研发生产的锂电池负极材料目前处于国内第一，世界第四的地位。

第四篇：2017年年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目可行性研究报告(编制大纲)

2017年年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目可

行性研究报告

编制单位：北京智博睿投资咨询有限公司

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本报告是针对行业投资可行性研究咨询服务的专项研究报告，此报告为个性化定制服务报告，我们将根据不同类型及不同行业的项目提出的具体要求，修订报告目录，并在此目录的基础上重新完善行业数据及分析内容，为企业项目立项、申请资金、融资提供全程指引服务。

可行性研究报告 是在招商引资、投资合作、政府立项、银行贷款等领域常用的专业文档，主要对项目实施的可能性、有效性、如何实施、相关技术方案及财务效果进行具体、深入、细致的技术论证和经济评价，以求确定一个在技术上合理、经济上合算的最优方案和最佳时机而写的书面报告。

可行性研究是确定建设项目前具有决定性意义的工作，是在投资决策之前，对拟建项目进行全面技术经济分析论证的科学方法，在投

资管理中，可行性研究是指对拟建项目有关的自然、社会、经济、技术等进行调研、分析比较以及预测建成后的社会经济效益。在此基础上，综合论证项目建设的必要性，财务的盈利性，经济上的合理性，技术上的先进性和适应性以及建设条件的可能性和可行性，从而为投资决策提供科学依据。

投资可行性报告咨询服务分为政府审批核准用可行性研究报告和融资用可行性研究报告。审批核准用的可行性研究报告侧重关注项目的社会经济效益和影响；融资用报告侧重关注项目在经济上是否可行。具体概括为：政府立项审批，产业扶持，银行贷款，融资投资、投资建设、境外投资、上市融资、中外合作，股份合作、组建公司、征用土地、申请高新技术企业等各类可行性报告。

报告通过对项目的市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资金筹措、盈利能力等方面的研究调查，在行业专家研究经验的基础上对项目经济效益及社会效益进行科学预测，从而为客户提供全面的、客观的、可靠的项目投资价值评估及项目建设进程等咨询意见。

报告用途：发改委立项、政府申请资金、申请土地、银行贷款、境内外融资等

关联报告：

年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目建议书

年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目申请报告

年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目资金申请报告

年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目节能评估报告

年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目市场研究报告

年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目商业计划书

年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目投资价值分析报告

年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目投资风险分析报告

年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目行业发展预测分析报告

可行性研究报告大纲（具体可根据客户要求进行调整）

第一章 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目总论

第一节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目概况

1.1.1年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目名称

1.1.2年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目建设单位

1.1.3年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目拟建设地点

1.1.4年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目建设内容与规模

1.1.5年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目性质

1.1.6年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目总投资及资金筹措

1.1.7年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目建设期

第二节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目编制依据和原则

1.2.1年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目编辑依据

1.2.2年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目编制原则

1.3年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目主要技术经济指标

1.4年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目可行性研究结论

第二章 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目背景及必要性分析

第一节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目背景

2.1.1年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目产品背景

2.1.2年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目提出理由

第二节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目必要性

2.2.1年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目是国家战略意义的需要

2.2.2年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目是企业获得可持续发展、增强市场竞争力的需要

2.2.3年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目是当地人民脱贫致富和增加就业的需要

第三章 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目市场分析与预测 第一节 产品市场现状 第二节 市场形势分析预测

第三节 行业未来发展前景分析

第四章 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目建设规模与产品方案

第一节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目建设规模

第二节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目产品方案

第三节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目设计产能及产值预测

第五章 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目选址及建设条件

第一节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目选址

5.1.1年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目建设地点

5.1.2年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目用地性质及权属 5.1.3土地现状

5.1.4年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目选址意见

第二节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目建设条件分析

5.2.1交通、能源供应条件 5.2.2政策及用工条件 5.2.3施工条件 5.2.4公用设施条件 第三节 原材料及燃动力供应 5.3.1原材料 5.3.2燃动力供应

第六章 技术方案、设备方案与工程方案 第一节 项目技术方案 6.1.1项目工艺设计原则 6.1.2生产工艺 第二节 设备方案

6.2.1主要设备选型的原则 6.2.2主要生产设备 6.2.3设备配置方案 6.2.4设备采购方式 第三节 工程方案 6.3.1工程设计原则

6.3.2年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目主要建、构筑物工程方案 6.3.3建筑功能布局 6.3.4建筑结构

第七章 总图运输与公用辅助工程 第一节 总图布置 7.1.1总平面布置原则 7.1.2总平面布置 7.1.3竖向布置

7.1.4规划用地规模与建设指标第二节 给排水系统 7.2.1给水情况 7.2.2排水情况 第三节 供电系统 第四节 空调采暖 第五节 通风采光系统 第六节 总图运输

第八章 资源利用与节能措施 第一节 资源利用分析 8.1.1土地资源利用分析 8.1.2水资源利用分析 8.1.3电能源利用分析 第二节 能耗指标及分析 第三节 节能措施分析 8.3.1土地资源节约措施 8.3.2水资源节约措施

8.3.3电能源节约措施 第九章 生态与环境影响分析 第一节 项目自然环境 9.1.1基本概况 9.1.2气候特点 9.1.3矿产资源 第二节 社会环境现状 9.2.1行政划区及人口构成 9.2.2经济建设

第三节 项目主要污染物及污染源分析 9.3.1施工期 9.3.2使用期

第四节 拟采取的环境保护标准 9.4.1国家环保法律法规 9.4.2地方环保法律法规 9.4.3技术规范 第五节 环境保护措施 9.5.1施工期污染减缓措施 9.5.2使用期污染减缓措施 9.5.3其它污染控制和环境管理措施 第六节 环境影响结论

第十章 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目劳动安全卫生及消防 第一节 劳动保护与安全卫生 10.1.1安全防护 10.1.2劳动保护 10.1.3安全卫生 第二节 消防

10.2.1建筑防火设计依据 10.2.2总面积布置与建筑消防设计 10.2.3消防给水及灭火设备 10.2.4消防电气 第三节 地震安全

第十一章 组织机构与人力资源配置 第一节 组织机构

11.1.1组织机构设置因素分析 11.1.2项目组织管理模式 11.1.3组织机构图 第二节 人员配置

11.2.1人力资源配置因素分析 11.2.2生产班制 11.2.3劳动定员 表11-1劳动定员一览表

11.2.4职工工资及福利成本分析 表11-2工资及福利估算表 第三节 人员来源与培训

第十二章 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目招投标方式及内容

第十三章 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目实施进度方案

第一节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目工程总进度

第二节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目实施进度表

第十四章 投资估算与资金筹措 第一节 投资估算依据

第二节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目总投资估算

表14-1年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目总投资估算表单位：万元 第三节 建设投资估算

表14-2建设投资估算表单位：万元 第四节 基础建设投资估算

表14-3基建总投资估算表单位：万元 第五节 设备投资估算

表14-4设备总投资估算单位：万元 第六节 流动资金估算

表14-5计算期内流动资金估算表单位：万元 第七节 资金筹措 第八节 资产形成 第十五章 财务分析 第一节 基础数据与参数选取

第二节 营业收入、经营税金及附加估算

表15-1营业收入、营业税金及附加估算表单位：万元第三节 总成本费用估算

表15-2总成本费用估算表单位：万元 第四节 利润、利润分配及纳税总额预测

表15-3利润、利润分配及纳税总额估算表单位：万元第五节 现金流量预测 表15-4现金流量表单位:万元 第六节 赢利能力分析 15.6.1动态盈利能力分析 16.6.2静态盈利能力分析 第七节 盈亏平衡分析 第八节 财务评价 表15-5财务指标汇总表

第十六章 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目风险分析

第一节 风险影响因素 16.1.1可能面临的风险因素 16.1.2主要风险因素识别 第二节 风险影响程度及规避措施 16.2.1风险影响程度评价 16.2.2风险规避措施 第十七章 结论与建议

第一节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目结论

第二节 年5万吨新能源汽车用动力型锂离子电池正极材料生产项目建议

第五篇：汽车用塑料的现状和发展趋势

汽车用塑料的现状和发展趋势

一、车身塑料使用现状

商用车塑料产品发展的最新特点是产品大型化和装配集成化。目前车身塑料制品中，1m以上的产品已经非常普遍，部分塑料产品长度已经达到2m以上。同时，产品集成化程度提高，像仪表板这样的总成已经集成为一体进行线下装配，也导致塑料配件具有更加复杂的结构。这样，不仅仅要求材料具有高流动、高刚性等基本性能要求，材料的颜色也必须有很好的稳定性。应用先进的加工工艺用于保证制品性能，降低扭曲等现象。下面仅仅就几种使用量较大的材料，介绍目前车身塑料使用现状。

1、改性PP材料

车身塑料材料中，目前使用最多的是改性PP系列材料。使用部件包括仪表板、车门护板、装饰面板等大型内饰部件和保险杠、水箱面罩、挡泥板等外装部件。以改性PP为主的聚烯烃材料已经占到车用塑料使用量的50％以上。改性PP材料目前在使用中，特别注重以下特点：

1．1 高流动性。目前改性PP材料的熔融指数往往达到20～30g/10min。以提高产品的熔接痕强度，降低表面熔接线。为了保证材料制品表观颜色的要求，对PP基料的选择也有更严格的要求，使用专门合成的PP材料满足改性要求。1．2 性能要求合理化。对于不同部位的产品，材料性能要求更为合理。例如，仪表板使用的改性PP有的已经达到了2G的弯曲模量和25KJ/M2的冲击强度，而门护板则要求在5KJ/M2左右的冲击强度即可。

1．3 密度成为重要指标。为了有效降低材料成本，在材料性能严格要求的同时，材料密度也成为一项重要的指标。目前，国内商用车塑料材料的价格已经占到塑料零部件价格的1/2，因此材料密度对于制品成本控制具有重要的作用。上述几个方面的要求往往是相互限制，因此对于材料的配方设计、制品加工等都提出了比以前更为严格的要求。同时，随着材料合成技术和加工技术的进步，部分内饰产品也开始用纯PP材料，进一步降低了材料成本。

2、ABS类材料

ABS的品种多，由于表面处理效果好。因此在车身材料中一直广受欢迎。由于ABS耐候性差，目前商用车中已经广泛使用高耐候的AES、ASA等材料作为ABS的补充。当产品需要表面处理时，例如水转印膜、喷涂时，采用ABS；不需要表面处理时，选用ASA、AES等。

3、SMC等玻纤增强材料

SMC综合性能远超过其他工程塑料、并且是可以在线喷漆的材料，在商用车车身开发中一直占有重要的位置。目前车用SMC的弯曲模量一般超过10GPa，冲击强度高达60KJ/m2以上，可以制备保险杠、支柱、发动机面罩、各类挡板等大表面积的制品。其他热塑性玻纤增强工程塑料也由于强度高，在实际使用中得到了广泛的应用，例如PC/PET-GF10、PP-GF30等材料。

二、车身塑料材料的使用趋势

车身塑料的使用除了性能要求和工艺要求等客观条件，还受到材料使用趋势等影响。这种趋势往往会形成强制的要求。目前在车身用塑料材料中，下面几个趋势正在成为现实。

1、材料统一性

这种统一包括基础材料和填料使用类型统一，用来方便回收增值。目前，内饰用塑料材料已经向着聚烯烃材料的方向统一，主要是改性PP、PE材料、聚烯烃弹性体等。外装材料目前仍然有多种材料在不同的车型中使用，目前主要的使用品种为改性PP、SMC、ABS类等。车用材料的回收已经成为一项法规性项目，塑料材料由于回收方便，可以在这方面做出一定贡献。

2、车身内饰空间的环境保护

目前，由于内饰附件已经基本塑料化，塑料制品在加工装配过程和使用过程中，会挥发出大量的有机物（VOC）。有效降低VOC已经是内饰材料的一个重大课题。目前，国内外许多材料厂商都在致力于低味道、低挥发性改性材料和环境友好型粘接剂等材料，满足车身内饰的环境保护要求。对于抗菌面料的研究也在努力推进中。

3、低成本材料方案

塑料制品的价格优势主要表现在加工装配简单。但是塑料本身是一种高价材料，并且材料价格对制品价格的影响较大。塑料材料的价格已经占到塑料零部件价格的1/3～1/2，这也说明车用塑料制品加工技术相对落后、制品功能性差导致增值过程太低，限制了车用塑料制品采用更优异的加工技术提高产品性能。低成本方案现在主要有两种方式。

第一是采用更低廉的材料，比如回收材料等。这种低附加值创新只能进一步恶化国内零部件环境，但不失为目前的一个有效方法。

第二是采用性能更优异的材料，通过降低产品用料来降低材料成本，同时提高加工技术。这种创新型低成本材料方案是塑料供应商和制品加工厂商一直在从事的方向，但是目前仍然收到价格限制而进步缓慢。

三、车身塑料应用的饱和性分析

目前，车身附件的塑料材料使用已经达到了一个很高的水平。塑料材料要扩大在商用车车身的应用，在可以预见的一段时间内，仍受到技术限制。分析车身附件塑料的饱和性，对于材料的进一步使用和发展都有重要的意义。

1、材料使用部位的饱和性分析

目前，车身内饰和外部装饰中，大表面积零件的塑料使用也已经得到了饱和程度。仅仅有部分零件尚未塑料化。主要包括各类支撑固定板、仪表板梁及其支架总成、座椅支架等各类支架等。这些部位由于收到一定的拉、压、弯等应力，往往采用金属部件。事实上，象座椅支架这样的产品，已经开始尝试塑料材料。目前，长玻纤增强塑（LFT）已经广泛使用在国外轿车领域，对于这些支架产品是非常合适的一类材料，由于新材料的成本和加工技术的不断进步，车身内饰外装部件实现全部塑料化已经非常接近。对于轿车上不断推进的全塑车身，商用车目前并不具备可比性。但是像车门这样的大型制件，采用塑料成型有一定的可行性。部分车身部件也已经采用SMC等作为成型部件使用多年。全塑车身发展过程中研究的高级加工技术，也推动了其他车身塑料部件进步。

2、材料使用类型的饱和性分析

同一制品使用的塑料材料中，往往可以采用不同的塑料类型。一般说来，任何一个制品都可以有2～3种材料满足使用要求。例如，发动机面罩可以采用SMC、ABS喷涂、改性PP、AES等材料，保险杠材料也可以采用金属、SMC、改性PP、PC/PBT等多种材料。目前已经形成了多材料相互竞争的局面。在设计初期，考虑成本、产量、车型配置，并预测后续产品改进等因素，进行合理的选择。随着新材料的不断进步，有更多的材料供车身产品选择。

3、塑料制品的问题与解决方案

虽然车身附件中塑料制品得到了广泛的使用，但是在使用中仍然存在许多问题。这些问题会导致客户对塑料制品的满意度下降，设计人员怀疑塑料制品的性能。一般来说，这种满意程度下降的直接反应就是改换为金属制品或者采用更高等级的塑料制品，从而增加了产品成本。例如，对于PP材料而言，无论如何改性，总是存在着低温脆性和高温刚性的矛盾，后结晶现象也造成尺寸稳定性相对较差。虽然针对不同制品采取了不同的材料方案和设计方案，外部装饰件的部分改性PP制品总不是令人满意。目前，新开发的商用车身（特别是中高档商用车）在重要外装件的使用中，明显降低了改性PP产品，而使用SMC作为保险杠、AES作为面罩等。从设计人员的反馈来看，改性PP的外装制品已经是低挡产品的别称。通过加工技术的进步来提高改性PP制品满意度的工作作为一个相对落后的领域，应该给予相当的注意。

塑料制品使用过程中的高维修费用也是一个问题，特别是保险杠这样的重要产品。虽然塑料保险杠可以在发生事故时可以起到保护对方的作用。但是绝大部分用户对塑料保险杠使用过程中的易损坏性和高维修费用总是不满意。从产品设计角度看来，目前最重要的依然是基于装配的设计（DFA），设计重点在于装配和运动干涉等信息，车身设计人员关注制品最后使用状态，却往往在设计初期无法预测塑料产品在制造过程中带来的潜在风险。塑料材料的使用都是通过制品制造体现出来，所有的零部件必须制备合格，才可以满足设计和使用要求。在材料选择和性能匹配已经相对完善的今天，基于制造的设计（DFM）就成为塑料应用的新课题。从现有发展看来，车身塑料制品的DFM主要表现在产品成型新工艺和CAE模拟两个方面。

在成型工艺方面，低压成型技术一直是塑料产品成型加工中大力发展的领域。气体辅助成型、注塑－压制工艺、模内装饰工艺等，都是低压成型技术的具体应用。其中气体辅助成型已经得到了广泛的使用。新工艺的实行，可以突破塑料制品原有设计限制，给车身塑料制品带来质的提高。

CAE模拟技术包括应力分析CAE和模流模拟CAE，也已经在生产中得到了应用。CAE技术有助于对制品强度和加工过程中出现的问题预测。目前，车身塑料制品的质量控制已经达到了量化阶段。CAE模拟可以有限控制开发风险，降低产品试制次数。

当成型加工和CAE模拟都用于产品开发阶段时，材料、制品设计、加工形成了三位一体的高级阶段。目前国内的商用车车身塑料产品设计正在向这方面迅速发