關(guān)于鉛酸電池在電動自行車行業(yè)中的應用優(yōu)勢有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-19 22:54
點擊量：次
鉛酸電池成本更低
這是目前電動自行車廠家選擇鉛酸電池的核心原因，由于電動自行車整體結(jié)構(gòu)并不復雜，所以行業(yè)準入門檻較低，廠商基本上都是依靠低價走量來獲得利潤，而每臺電動自行車上鋰電池與鉛酸電池的采購成本相差從200元到1000元不等，對于這個價格敏感度極高的行業(yè)來說，成本的提升意味著消費者選擇其他品牌產(chǎn)品的可能性加大。同時，當前電動自行車平均壽命在3年左右，對于以中產(chǎn)階層為主的消費者來說，購買鋰電池電動自行車的意愿較低。
鉛酸電池主要生產(chǎn)商天能集團向SMM表示，公司在2008年開始進行電池回收，目前已經(jīng)擁有一套完整的電池回收體系，回收的廢舊電池數(shù)量已經(jīng)占產(chǎn)量的70％－80％，從電池塑殼包裝到電池材料鉛酸都可以進行回收。相對來說，鋰電池本身發(fā)展較晚，各回收企業(yè)在2016年－2017年間才開始大規(guī)模投資建廠。
SMM分析，目前行業(yè)為了達到“新國標”的要求主要有以下三條途徑。一是研發(fā)生產(chǎn)出輕量化的鉛酸電池。目前多家鉛酸電池生產(chǎn)商已向SMM表示，已經(jīng)開始進行相應的研究。但是，鉛酸電池的生產(chǎn)技術(shù)與產(chǎn)線均已相對成熟，想要在短時間內(nèi)實現(xiàn)“新國標”標準內(nèi)的要求并不容易；二是生產(chǎn)出輕量化的車身。對于車廠來說，這一步相對來說是比較容易控制的環(huán)節(jié)，但由于電動自行車此前的重量主要是集中在電池上，僅僅靠減低車身重量也很難達到標準；三是將原有的鉛酸電池替換為鋰電池。對于目前電動自行車企業(yè)來說，上下游產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，直接大范圍的更換供應商并非易事。但隨著未來消費者品牌意識的不斷提升，行業(yè)通常會采用第一種加第二種途徑的方法先加以過渡，鋰電池進一步替換鉛酸電池應用于電動自行車中已是趨勢。
于嵌入式反應機理，鋰離子在正極材料(一維離子通道的橄欖石，二維通道的層狀材料和三維通道的尖晶石正極材料)和負極石墨負極材料(層狀結(jié)構(gòu))中的擴散系數(shù)普遍比水系二次電池中的異相氧化還原反應的速率常數(shù)低數(shù)個數(shù)量級。而且，有機電解液的離子電導率比水系二次電池電解液(強酸或者強堿)低兩個數(shù)量級。
鋰電池：“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。
鋰電的負極表面有一層SEI膜，實際上鋰電的倍率性能很大程度上受到鋰離子在SEI膜中擴散的控制。由于有機電解液中粉末電極的極化相對水系要嚴重得多，在高倍率或者低溫條件下負極表面容易析鋰而帶來嚴重的安全隱患。另外，在大倍率充電條件下，正極材料的晶格容易受到破壞，負極石墨片層同樣也可能受到損害，這些因素都將加速容量的衰減，從而嚴重影響動力電池使用壽命。
因此，嵌入式反應的本質(zhì)特征決定了鋰離子電池并不適合高倍率充電。研究結(jié)果已經(jīng)證實，快充快放模式下單體電池的循環(huán)壽命將大幅下降，并且在使用后期電池性能顯著衰減。
當然了有讀者可能會說，鈦酸鋰(LTO)電池不是可以大倍率充放電嗎？鈦酸鋰的倍率性能可以從其晶體結(jié)構(gòu)和離子擴散系數(shù)得到解釋。但是，鈦酸鋰電池的能量密度很低，其功率型用途是依靠犧牲能量密度取得的，這就導致了鈦酸鋰電池單位能量($/Wh)成本很高，低性價比決定了鈦酸鋰電池不可能成為鋰電發(fā)展的主流。事實上，日本東芝SCiB電池這幾年低迷的銷售態(tài)勢已經(jīng)說明了問題。
在電芯層面，可以從極片工藝和電芯結(jié)構(gòu)設計角度來改善倍率性能，比如將電極做得比較薄或者增加導電劑比例等措施都是常用的技術(shù)手段。更有甚者，甚至有廠家采用取消電芯中的熱敏電阻并且加厚集流體這樣的極端辦法。而事實上，國內(nèi)很多動力電池公司都將其LFP動力電池在30C甚至50C的高倍率數(shù)據(jù)作為技術(shù)亮點。
筆者這里要指出的是，作為測試手段無可厚非，但是電芯內(nèi)部到底發(fā)生了哪些變化才是關(guān)鍵。長時間高倍率充放，也許正負極材料結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞，負極早已析鋰，這些問題需要使用一些原位(In-Situ)的檢測手段(比如SEM,XRD和中子衍射等)才能搞清楚。很遺憾的是，這些原位檢測手段在國內(nèi)電池企業(yè)幾乎沒有應用的報道。
點擊查看源網(wǎng)頁筆者這里還要提醒讀者注意鋰電充電和放電過程的區(qū)別，與充電過程不同的是，鋰電在較高的倍率下放電(對外做功)對電池造成的損害并沒有快充那么嚴重，這點跟其它水系二次電池類似。但是對電動汽車的實際使用而言，高倍率充電(快充)的需求無疑要比大電流放電更加迫切。
上升到電池組的層面則情況將更加復雜，在充電過程中不同單體電池的充電電壓和充電電流并不一致，必然造成動力電池的充電時間要超過單體電池。這就意味著雖然采用常規(guī)充電技術(shù)也能在30分鐘內(nèi)將單體電池充電至容量的一半，但電池組肯定會超過這一時間，這在一定程度上意味著快速充電技術(shù)的優(yōu)勢并不是十分明顯。
另外，在鋰離子電池的使用(放電)過程中，其容量的消耗與放電時間并不是線性關(guān)系而是隨時間加速下降。比如某款電動汽車滿電的行駛里程為200公里，那當它正常行駛100公里后，動力電池可能還剩下80%的容量，當電池容量剩下50%時，電動汽車也許就只能夠行駛50公里了。鋰離子電池的這種特性告訴我們，僅僅將動力電池的電量充到一半或者80%，并不能夠滿足電動汽車實際使用需要。比如Tesla宣傳較多的快速充電技術(shù)，在筆者看來其實也是噱頭大過實用，而且頻繁的快充必將惡化電池的使用壽命和性能，并且?guī)韲乐氐陌踩[患。
