Page 129 - 能源动力工程的发展与展望

第五章 锂离子电池

的整体性能。欧洲发起的 STORAGE 项目以沃尔沃车型为对象用 EISB 制作了电
动行李箱盖板。经估算 ΩS 约为 0.8，ΩE 约为 0.6，实现了行李箱减重 60%。
Johannisson 等进行了相关验证性实验。用质量为 9.6kg 的 SB 取代质量 18.7kg 的

钢结构车顶加质量 6.3kg 的锂离子电池组，测试结果表明 SB 的力学性能与原始
钢结构相同，储能性能与锂离子电池组相同，减重 62%。经估算，SB 结构 ΩS

约为 0.6，ΩE 约为 0.9。Carlstedt 等基于特斯拉 ModelS 和 BMWi3 两款新能源车型，
使用 SB 替换了车辆的部分结构，经估算 ΩS 约为 0.9，ΩE 约为 0.7，可使续航
里程提高约 70%。综上所述，碳纤维复合材料结构锂离子电池作为一种新型的储
能器件，实现了碳纤维复合材料的结构 - 功能一体化，能有效地简化结构，提高

能量效率和结构效率。结构电池（SB）致力于航空航天、交通运输、便携电子
设备等领域，旨在实现产品的轻质、高效、环保、安全等目标。现阶段，碳纤维

复合材料结构锂离子电池在能量密度、制造工艺、结构设计等方面有了很大进展，
但仍然存在一些问题亟待解决。
对于 EISB 目前研究工作的中心是在通过结构设计实现电池的最优排布方式
达到结构效率（ΩS）和能量效率（ΩE）的最大化。有以下问题：①面对内部

电芯与外部封装结构的不连续结构限制其力学性能。解决路径：通过设计格栅或
点阵拓扑结构对界面处做增强结构设计。②在复合材料固化成型的过程中对电池

性能的影响较大。解决路径：改善成型工艺引入能低温固化的环氧树脂避免温度
对电芯的影响。
对于 MCSB 目前研究工作的中心是通过对材料的合理选择、优化制备工艺
和改良内部结构实现 ΩS 和ΩE 的最大化。有以下问题：①纤维电极的电性能

较差。解决路径：通过对纤维改性的方式提高电容量或增大编织结构的比表面积
提高活性物质的附着量；②固态电解质离子传输效率差。解决路径：设计多孔结

构的固态电解质，通过孔道结构提高离子传输效率；③封装材料和封装工艺仍有
较大缺陷。解决路径：根据全碳纤维 SB 的概念模型设计结构、改善封装工艺。
随着锂离子电池的不断发展，电池 - 电池包（CTP）、电池 - 底盘（CTC）等技
术不断涌现，也促使碳纤维复合材料结构锂离子电池与锂离子电池技术结合，实

现多技术融合、多技术发展。相信随着研究工作的不断推进，未来碳纤维复合材
料结构锂离子电池会在各领域得到更多的发展和应用。

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