詳解電動(dòng)車的鋰電池和鉛酸電池的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-09 14:03
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其中，以鉛酸蓄電池為數(shù)量最多。鉛酸蓄電池的價(jià)格最低，也最常用，中國(guó)是全世界鉛酸蓄電池最大的生產(chǎn)國(guó)。其含污染的成分比較少，可回收性好。缺點(diǎn)是比容小。也就是說，在同樣的容量下，電池重量和體積都大。目前的鉛酸蓄電池基本上是由浮充類型的電池發(fā)展而來的。浮充電池不適應(yīng)快速充電和大電流放電，雖然技術(shù)人員的花費(fèi)了大量的心血進(jìn)行了卓有成效的改進(jìn)，可以進(jìn)入實(shí)用了，但是其壽命還是非常不理想的。
膠體電池屬于鉛酸蓄電池的一種發(fā)展分類，最簡(jiǎn)單的做法，是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電液變?yōu)槟z態(tài)。電液呈膠態(tài)的電池通常稱之為膠體電池。廣義而言，膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別不僅僅在于電液改為膠凝狀。
例如非凝固態(tài)的水性膠體，從電化學(xué)分類結(jié)構(gòu)和特性看同屬膠體電池。又如在板柵中結(jié)附高分子材料，俗稱陶瓷板柵，亦可視作膠體電池的應(yīng)用特色。近期已有實(shí)驗(yàn)室在極板配方中添加一種靶向偶聯(lián)劑，大大提高了極板活性物質(zhì)的反應(yīng)利用率，據(jù)非公開資料表明可達(dá)到70wh/kg的重量比能量水平，這些都是現(xiàn)階段工業(yè)實(shí)踐及有待工業(yè)化的膠體電池的應(yīng)用范例。
膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別，從最初理解的電解質(zhì)膠凝，進(jìn)一步發(fā)展至電解質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的電化學(xué)特性研究，以及在板柵和活性物質(zhì)中的應(yīng)用推廣。其最重要的特點(diǎn)為：用較小的工業(yè)代價(jià)，沿已有150年歷史的鉛酸電池工業(yè)路子制造出更優(yōu)質(zhì)的電池，其放電曲線平直，拐點(diǎn)高，比能量特別是比功率要比常規(guī)鉛酸電池大20%以上，壽命一般也比常規(guī)鉛酸電池長(zhǎng)一倍左右，高溫及低溫特性要好得多。
鋰離子電池
鋰離子電池的比容要好于鎳氫電池，對(duì)于同樣容量的鉛酸蓄電池來說，鋰離子電池的重量相當(dāng)于一臺(tái)筆記本電腦，這樣老弱婦孺就都可以使用了。其壽命也可以比鎳氫電池做得好。目前的手機(jī)電池基本上都是采用這種電池。鋰電池的內(nèi)阻相對(duì)比較大，在電動(dòng)自行車上使用會(huì)出現(xiàn)電池即將完全放電的時(shí)候感覺車的動(dòng)力不足。鋰離子電池更主要的問題是在過充電和過放電狀態(tài)電池會(huì)發(fā)生爆炸，手機(jī)電池都是使用的單體電池，再經(jīng)過良好的保護(hù)電路來配合使用，基本上杜絕了電池爆炸的問題。而在電動(dòng)自行車上使用，必須要使用串連電池組，而串連電池組的保護(hù)電路的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單體電池的保護(hù)電路，其材料成本也大大增加。目前一個(gè)良好的鋰電池保護(hù)電路的成本接近電池本身的價(jià)格。而聚合物鋰電池的爆炸殺傷力低于鋰離子電池，但是，也存在著爆炸和燃燒的可能性。這也是與鋰離子電池一樣需要解決問題的。
一、鉛蓄電池分類
(1)按蓄電池極板結(jié)構(gòu)分類：有形成式、涂膏式和管式蓄電池;
(2)按蓄電池蓋和結(jié)構(gòu)分類：有開口式、排氣式、防酸隔爆式和密封閥控式蓄電池;
(3)按蓄電池維護(hù)方式分類：有普通式、少維護(hù)式、免維護(hù)式蓄電池。
(4)按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定主要蓄電池系列產(chǎn)品有：
起動(dòng)型蓄電池：主要用于汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)船舶等起動(dòng)和照明;
固定型蓄電池：主要用于通訊、發(fā)電廠、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為保護(hù)、自動(dòng)控制的備用電源;
牽引型蓄電池：主要用于各種蓄電池車、叉車、鏟車等動(dòng)力電源;
鐵路用蓄電池：主要用于鐵路內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車、客車起動(dòng)、照明之動(dòng)力;
摩托車蓄電池：主要用于各種規(guī)格摩托車起動(dòng)和照明;
煤礦用蓄電池：主要用于電力機(jī)車牽引動(dòng)力電源;
儲(chǔ)能用蓄電池：主要用于風(fēng)力、水力發(fā)電電能儲(chǔ)存。
二、各種鉛蓄電池簡(jiǎn)介及特點(diǎn)
1
鉛酸蓄電池
鉛酸水電池又稱為鉛酸蓄電池，它的電極是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸的水溶液。
主要特點(diǎn)：采用稀硫酸做電解液，用二氧化鉛和絨狀鉛分別做為電池的正極和負(fù)極
優(yōu)點(diǎn)：電壓穩(wěn)定、價(jià)格便宜;
缺點(diǎn)：存儲(chǔ)的電能低、使用壽命短和日常維護(hù)頻繁。
常用的鉛酸蓄電池主要分三大類：
1) 普通蓄電池;普通蓄電池的極板是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸的水溶液。
2)干荷蓄電池：它的全稱是干式荷電鉛酸蓄電池，它的主要特點(diǎn)是負(fù)極板有較高的儲(chǔ)電能力，在完全干燥狀態(tài)下，能在兩年內(nèi)保存所得到的電量，使用時(shí)，只需加入電解液，等過20—30分鐘就可使用。
3)免維護(hù)蓄電池：免維護(hù)蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。市場(chǎng)上的免維護(hù)蓄電池也有兩種：第一種在購(gòu)買時(shí)一次性加電解液以后使用中不需要維護(hù)(添加補(bǔ)充液);另一種是電池本身出廠時(shí)就已經(jīng)加好電解液并封死，用戶根本就不能加補(bǔ)充液。
主要特性↓
1)安全密封：在正常操作中，電解液不會(huì)從電池的端子或外殼中泄露出。
2)沒有自由酸：特殊的吸液隔板將酸保持在內(nèi)，電池內(nèi)部沒有自由酸液，因此電池可放置在任意位置。
3)泄氣系統(tǒng)：電池內(nèi)壓超出正常水平后，VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery即“閥控式密封鉛酸蓄電池”的縮寫)電池會(huì)放出多余氣體并自動(dòng)重新密封，保證電池內(nèi)沒有多余氣體。
4)維護(hù)簡(jiǎn)單：由于獨(dú)一無二的氣體復(fù)合系統(tǒng)使產(chǎn)生的氣體轉(zhuǎn)化成水，在使用電池的過程中不需要加水。
5)使用壽命長(zhǎng)：采用了有抗腐蝕結(jié)構(gòu)的鉛鈣合金欄板，電池可浮充使用10-15年。
6)質(zhì)量穩(wěn)定，可靠性高：采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和嚴(yán)格的質(zhì)量控制系統(tǒng)，電池的質(zhì)量穩(wěn)定，性能可靠。電壓、容量和密封在線上進(jìn)行100%檢驗(yàn)。
2
鎳氫蓄電池
鎳氫蓄電池是正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負(fù)極活性物質(zhì)主要由貯氫合金制成的一種堿性蓄電池。不含重金屬鎘、汞等有害元素,不會(huì)對(duì)環(huán)境及使用者造成污染和損害,所以又被譽(yù)為“綠色電池”
優(yōu)點(diǎn)：1)比能量密度高：是鎳鎘電池的1.5-2倍多; 2.)環(huán)保 ;3)無記憶效應(yīng); 4)循環(huán)壽命長(zhǎng)：在正確使用條件下可循環(huán)使用500次以上
缺點(diǎn) 1)自放電率高：滿電常溫下存儲(chǔ)自放電率30～35%; 2)高溫性能差; 3)在過充和過放時(shí)會(huì)排出氣體;
主要特性↓
額定電壓= 1.2V
剛充滿電時(shí)電壓(充電電壓)約等于1.4~1.45V
終止電電壓 = 1.0~1.1 V，放電過度會(huì)導(dǎo)致電池產(chǎn)生不可挽回的傷害
能量∕重量= 60-120 Wh/kg(瓦特小時(shí)/千克)
能量∕體積= 140-300 Wh/L(瓦特小時(shí)/升)即 504-1188kJ/kg(千焦耳/千克)
功率∕重量= 250-1000 W/kg
自放電率=一般為每月 2-30%，見溫度而定，低自放電型號(hào)為每年10-30%
充放電效率= 66%
充放電循環(huán)次數(shù)= 500 -1800次
3
鋰離子電池
鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池，是現(xiàn)代高性能電池的代表。鋰電池的蓄電能力是鎳氫電池的1.6倍，是鎳鎘電池的4倍。
鋰系電池可分為鋰電池和鋰離子電池。手機(jī)和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池，通常人們俗稱其為鋰電池，而真正的鋰電池由于危險(xiǎn)性大，很少應(yīng)用于日常電子產(chǎn)品。
鋰離子電池容易與下面兩種電池混淆：
1.鋰電池：以金屬鋰為負(fù)極。
2.鋰離子聚合物電池：用聚合物來凝膠化液態(tài)有機(jī)溶劑。或者直接用全固態(tài)聚合物電解質(zhì)。
鋰離子電池一般以石墨類碳材料為負(fù)極。
優(yōu)點(diǎn)：1)電壓高;2)比能量大;3)循環(huán)壽命長(zhǎng);4)安全性能好;5)多種保護(hù)機(jī)制;6)保護(hù)電路;7)自放電小;8) 快速充電;9) 工作溫度;
缺點(diǎn)：1)衰老;2)回收率;3)不能過充;4)不能過放;
4
鎳鎘電池
鎳鎘電池可重復(fù)500次以上的充放電，經(jīng)濟(jì)耐用。其內(nèi)部抵制力小，既內(nèi)阻很小，可快速充電，又可為負(fù)載提供大電流，而且放電時(shí)電壓變化很小，是一種非常理想的直流供電電池。
基本特點(diǎn)
1.鎳鎘電池可重復(fù)500次以上的充放電，非常的經(jīng)濟(jì);
2.內(nèi)阻小，可供大電流的放電，當(dāng)它放電時(shí)電壓的變化很小，作為直流電源是一種質(zhì)量極佳的電池;
3.因?yàn)椴捎猛耆芊馐?，因此不?huì)有電解液漏出的現(xiàn)象，也完全不需要補(bǔ)充電解液;
4.與其他種類電池相比之下，鎳鎘電池可耐過充電或放過電，操作簡(jiǎn)單方便;
5.長(zhǎng)時(shí)間的放置下也不會(huì)使性能劣化，當(dāng)十分充完電后即可恢復(fù)原來的特性;
6.可使用在很廣的溫度范圍內(nèi);
7.因?yàn)樗捎媒饘偃萜鞫鞒桑袡C(jī)械性的堅(jiān)固;
8.鎳鎘電池在非常嚴(yán)格的品質(zhì)管理下被制造完成，有非常優(yōu)良的品質(zhì)性賴性。
主要特征 ↓
1)高壽命：鎳鎘電池可以提供500次以上的充放電周期，壽命幾乎等同于使用該種電池的設(shè)備的服務(wù)期。
2).優(yōu)異的放電性能：在大電流放電的情況下，鎳鎘電池具有低內(nèi)阻和高電壓的放電特性，因而應(yīng)用廣泛。
3)儲(chǔ)存期長(zhǎng)：鎳鎘電池儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)而且限制條件少，在長(zhǎng)期儲(chǔ)存后仍可正常充電。
4)高倍率充電性能：鎳鎘電池可根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行快速充電, 滿充時(shí)間僅為1.2小時(shí)。
5)大范圍溫度適應(yīng)性：普通型鎳鎘電池可以應(yīng)用于較高或較低溫度環(huán)境。高溫型電池可以在70攝氏度或者更高溫度的環(huán)境中使用。
6)可靠的安全閥：安全閥提供了免維護(hù)功能。鎳鎘電池在充放電或者儲(chǔ)存過程中可以自由使用。由于密封圈使用的是特殊材料，再加上密封劑的作用，使得鎳鎘電池很少出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。
7)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：鎳鎘電池容量從100mH 至7000mH不等。通常使用的有標(biāo)準(zhǔn)型，消費(fèi)型，高溫型和大電流放電型等四大類，可應(yīng)用于任何無線設(shè)備。
8)高質(zhì)量﹑高可靠性產(chǎn)品通過了QS 9000質(zhì)量認(rèn)證。
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鈉硫蓄電池
鈉硫電池，是一種以金屬鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。在一定的工作度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲(chǔ)存。
優(yōu)點(diǎn)：
1)高比能量。比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量。是鋰電池的4倍、鎳電池的5倍、鋁酸電池的10倍。
2)大電流、高功率放電。
3)無自放電現(xiàn)象，高充放電效率。
4)充電時(shí)間短。
5)使用長(zhǎng)壽命。
6)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕。
7)無污染、可回收。
8)安全可靠。
此外，還具有無污染釋放、無振動(dòng)、無噪聲等特點(diǎn)。
缺點(diǎn)： 1)不能處理部分循環(huán);2)過度充電時(shí)很危險(xiǎn);3)高溫350ºC熔解硫和鈉，因此需要附加供熱設(shè)備來維持溫度。
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鎳鋅蓄電池
鎳鋅電池是一種可以替代鎳氫電池的新型電池，標(biāo)稱1.6V，常見有5號(hào)aa和7號(hào)aaa。與鎳氫、鎳鎘電池相比，具有電壓高、放電電流強(qiáng)的特點(diǎn)。在數(shù)碼相機(jī)、閃光燈、電動(dòng)玩具方面有著無與倫比的優(yōu)勢(shì)。
但實(shí)際測(cè)評(píng)中，我們發(fā)現(xiàn)鎳鋅電池除了電壓高，達(dá)到1.5V之外，內(nèi)阻并不比高質(zhì)量鎳氫電池小，且性質(zhì)極不穩(wěn)定，壽命非常短，雖然是老技術(shù)，但非常不成熟，很多朋友都有使用半年甚至三個(gè)月不到就徹底報(bào)廢并再次換回1.2V鎳氫電池的經(jīng)歷，壽命還是這些新能源面臨的主要問題，建議理智選擇。
優(yōu)點(diǎn)
1、電壓高：鎳鋅蓄電池單體額定工作電壓在1.65V，比鎳鎘、鎳氫蓄電池高0.4V左右。
2、比能量高：鎳鋅蓄電池的比能量可達(dá)到60-80Wh/kg，遠(yuǎn)高于鎳氫電池的40-60Wh/kg和鎳鎘電池的20-40Wh/kg，在同等質(zhì)量下可提供更大的能量，可以達(dá)到現(xiàn)有鉛酸電池的3倍。
3、放電功率高：鎳鋅蓄電池的大電流放電性能好，結(jié)合自身的高電壓，可提供遠(yuǎn)高于鎳鎘、鎳氫電池的10c、20c放電功率，在同等容量放電條件下，可提供更持久的動(dòng)力。
4、環(huán)保：鎳鋅蓄電池的正負(fù)極材料都屬于環(huán)保材料，具有與環(huán)境友好的特點(diǎn)。
5、性價(jià)比高：鎳鋅蓄電池由于單體電壓高，在組合電池時(shí)可隨著電壓的升高，比鎳鎘、鎳氫電池使用只數(shù)少，從而降低電池組的總成本。如采用4.8V鎳鎘電池組，用三只鎳鋅電池做成的電池組，價(jià)格可以降低10%。循環(huán)壽命高達(dá)500次。
6、可替代性高：在電池組的應(yīng)用中，鎳鋅蓄電池是取代鎘鎳電池、鎳氫電池的理想能源，可以用作電動(dòng)工具、電動(dòng)車電源;在民用電池領(lǐng)域，鎳鋅蓄電池可替代堿性一次電池，從而節(jié)省能源，保護(hù)環(huán)境;同樣電壓需求的電池重量是現(xiàn)有鉛酸電池的一半，特別適合輕便電動(dòng)自行車使用。
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鋅空氣蓄電池
鋅空氣電池，用活性炭吸附空氣中的氧或純氧作為正極活性物質(zhì)，以鋅為負(fù)極，以氯化銨或苛性堿溶液為電解質(zhì)的一種原電池。又稱鋅氧電池。分為中性和堿性兩個(gè)體系的鋅空氣電池，分別用字母A和P表示，其后再用數(shù)字表示電池的型號(hào)。
優(yōu)點(diǎn)：體積小，電荷容量大，質(zhì)量小，能在寬廣的溫度范圍內(nèi)正常工作，且無腐蝕，工作安全可靠，成本低廉等
特點(diǎn)：
1) 比能量高，一般在200Wh/kg以上;
2) 可以在高電流密度下工作;
3) 材料來源豐富，成本較低。
缺點(diǎn)：
1)空氣電極的結(jié)構(gòu)比通常的金屬氧化物電極要更復(fù)雜
2)空氣電極工作時(shí)需暴露于空氣中，而空氣電極又是多孔的，所以實(shí)際上也就使電解液暴露于空氣中，因此空氣電池?zé)o法做成密封電池，電解液也會(huì)蒸發(fā)或被空氣中二氧化碳碳酸鹽化，而限制了電池的壽命。
3)鋅空氣電池作為二次電池，其充放電循環(huán)數(shù)還較低。
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飛輪電池
飛輪電池是90年代才提出的新概念電池，它突破了化學(xué)電池 的局限，用物理方法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。眾所周知，當(dāng)飛輪以一定角速度 旋轉(zhuǎn)時(shí)，它就具有一定的動(dòng)能。飛輪電池正是以其動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電 能的。高技術(shù)型的飛輪用于儲(chǔ)存電能，就很像標(biāo)準(zhǔn)電池。
優(yōu)點(diǎn)：
1)能量密度高：儲(chǔ)能密度可達(dá)100～200 wh/kg，功率密度可達(dá)5000～l0000 w/kg。
2)能量轉(zhuǎn)換效率高：工作效率高達(dá)百分之90。
3)體積小、重量輕：飛輪直徑約二十多厘米，總重在十幾千克左右。
4)工作溫度范圍寬：對(duì)環(huán)境溫度沒有嚴(yán)格要求。
5)使用壽命長(zhǎng)：不受重復(fù)深度放電影響，能夠循環(huán)幾百萬次運(yùn)行，預(yù)期壽命20年以上。
6)低損耗、低維護(hù)：磁懸浮軸承和真空環(huán)境使機(jī)械損耗可以被忽略，系統(tǒng)維護(hù)周期長(zhǎng)。
