究竟是買鋰電池的電動車好，還是買鉛酸電池的電動車好呢？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-19 23:02
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要想弄清這個問題，我們需要了解什么是鉛酸蓄電池以及什么是鋰電池。
鉛酸蓄電池源自于法國人普蘭特于1859年發(fā)明，已經(jīng)歷了近150年的發(fā)展歷程，是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。一個單格鉛酸電池的標(biāo)稱電壓是2.0V,能放電到1.5V,能充電到2.4V。在應(yīng)用中，經(jīng)常用6個單格鉛酸電池串聯(lián)起來組成標(biāo)稱是12V的鉛酸電池。還有24V、36V、48V等。
鋰電池的發(fā)明者是愛迪生，雖然發(fā)明時間較早，但由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。隨著二十世紀(jì)末微電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，對電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模的實(shí)用階段。
如此看來，鋰電池發(fā)展較晚，應(yīng)屬于后起之秀，這也解釋了為什么市場上超過百分之九十的電池都是鉛酸電池。不懂那么多專業(yè)術(shù)語的我們，怎么分辨二者區(qū)別呢？
首先我們從體積來看，同等電量下鉛酸電池的體積比鋰電池要大得多。但從使用壽命來看，鋰電池的使用壽命比鉛酸電池高出1.5-2倍，使用時間一般在4年左右，而鉛酸電池只有2年。也正因如此，鋰電池的價格高昂，沒有回收價值，而鉛酸電池價格相對便宜，且可以進(jìn)行修復(fù)，延續(xù)使用壽命。且鉛酸電池的組裝輔材和外部電路系統(tǒng)成本極低，所以從使用成本鋰電池要貴的多。
用類比法，鉛酸電池就好比一輛中規(guī)中矩的經(jīng)濟(jì)類型的國產(chǎn)車，又硬又耐撞，還便宜，有點(diǎn)問題修補(bǔ)一下就行，不會心疼，真不行還能回爐重造。而鋰電池，就好比一輛進(jìn)口高檔小轎車，給你最佳的行車體驗(yàn)，最持久的續(xù)航力。但是身板嬌嫩，舍不得剮蹭一下，畢竟成本太高了，設(shè)備昂貴，人工成本占到制作成本的40%，價格大概是鉛酸電池價格的三倍左右，三倍的價格帶來的性價比并不高。且鋰電池不可回收，用完只能扔，最重要的是鋰電池存在起火爆炸的隱患。
其實(shí)，電池本身并沒好壞，關(guān)鍵在于研制成果和監(jiān)管制度。將來鋰電的監(jiān)管制度會逐漸完善，成本也會隨科技的進(jìn)步而逐漸降低，但就目前來說，仍然是鉛酸電池更值得考慮。
基于嵌入式反應(yīng)機(jī)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(fù)極石墨負(fù)極材料(層狀結(jié)構(gòu))中的擴(kuò)散系數(shù)普遍比水系二次電池中的異相氧化還原反應(yīng)的速率常數(shù)低數(shù)個數(shù)量級。而且，有機(jī)電解液的離子電導(dǎo)率比水系二次電池電解液(強(qiáng)酸或者強(qiáng)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(fù)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(jì)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(xué)特性非常活潑，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(xué)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(fù)極表面有一層SEI膜，實(shí)際上鋰電的倍率性能很大程度上受到鋰離子在SEI膜中擴(kuò)散的控制。由于有機(jī)電解液中粉末電極的極化相對水系要嚴(yán)重得多，在高倍率或者低溫條件下負(fù)極表面容易析鋰而帶來嚴(yán)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(fù)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(yán)重影響動力電池使用壽命。
因此，嵌入式反應(yīng)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(shí)，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(dāng)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(kuò)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(dǎo)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(shí)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(shè)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(dǎo)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(shí)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(diǎn)。
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(fù)極材料結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞，負(fù)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(yīng)用的報道。
點(diǎn)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(yán)重，這點(diǎn)跟其它水系二次電池類似。但是對電動汽車的實(shí)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(fù)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。
