关于铅酸电池在电动自行车行业中的应用优势有哪些？
来源：宝鄂实业
2019-04-19 22:54
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铅酸电池成本更低
这是目前电动自行车厂家选择铅酸电池的核心原因，由于电动自行车整体结构并不复杂，所以行业准入门槛较低，厂商基本上都是依靠低价走量来获得利润，而每台电动自行车上锂电池与铅酸电池的采购成本相差从200元到1000元不等，对于这个价格敏感度极高的行业来说，成本的提升意味着消费者选择其他品牌产品的可能性加大。同时，当前电动自行车平均寿命在3年左右，对于以中产阶层为主的消费者来说，购买锂电池电动自行车的意愿较低。
铅酸电池主要生产商天能集团向SMM表示，公司在2008年开始进行电池回收，目前已经拥有一套完整的电池回收体系，回收的废旧电池数量已经占产量的70％－80％，从电池塑壳包装到电池材料铅酸都可以进行回收。相对来说，锂电池本身发展较晚，各回收企业在2016年－2017年间才开始大规模投资建厂。
SMM分析，目前行业为了达到“新国标”的要求主要有以下三条途径。一是研发生产出轻量化的铅酸电池。目前多家铅酸电池生产商已向SMM表示，已经开始进行相应的研究。但是，铅酸电池的生产技术与产线均已相对成熟，想要在短时间内实现“新国标”标准内的要求并不容易；二是生产出轻量化的车身。对于车厂来说，这一步相对来说是比较容易控制的环节，但由于电动自行车此前的重量主要是集中在电池上，仅仅靠减低车身重量也很难达到标准；三是将原有的铅酸电池替换为锂电池。对于目前电动自行车企业来说，上下游产业链的发展已经非常成熟，直接大范围的更换供应商并非易事。但随着未来消费者品牌意识的不断提升，行业通常会采用第一种加第二种途径的方法先加以过渡，锂电池进一步替换铅酸电池应用于电动自行车中已是趋势。
于嵌入式反应机理，锂离子在正极材料(一维离子通道的橄榄石，二维通道的层状材料和三维通道的尖晶石正极材料)和负极石墨负极材料(层状结构)中的扩散系数普遍比水系二次电池中的异相氧化还原反应的速率常数低数个数量级。而且，有机电解液的离子电导率比水系二次电池电解液(强酸或者强碱)低两个数量级。
锂电池：“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。
锂电的负极表面有一层SEI膜，实际上锂电的倍率性能很大程度上受到锂离子在SEI膜中扩散的控制。由于有机电解液中粉末电极的极化相对水系要严重得多，在高倍率或者低温条件下负极表面容易析锂而带来严重的安全隐患。另外，在大倍率充电条件下，正极材料的晶格容易受到破坏，负极石墨片层同样也可能受到损害，这些因素都将加速容量的衰减，从而严重影响动力电池使用寿命。
因此，嵌入式反应的本质特征决定了锂离子电池并不适合高倍率充电。研究结果已经证实，快充快放模式下单体电池的循环寿命将大幅下降，并且在使用后期电池性能显著衰减。
当然了有读者可能会说，钛酸锂(LTO)电池不是可以大倍率充放电吗？钛酸锂的倍率性能可以从其晶体结构和离子扩散系数得到解释。但是，钛酸锂电池的能量密度很低，其功率型用途是依靠牺牲能量密度取得的，这就导致了钛酸锂电池单位能量($/Wh)成本很高，低性价比决定了钛酸锂电池不可能成为锂电发展的主流。事实上，日本东芝SCiB电池这几年低迷的销售态势已经说明了问题。
在电芯层面，可以从极片工艺和电芯结构设计角度来改善倍率性能，比如将电极做得比较薄或者增加导电剂比例等措施都是常用的技术手段。更有甚者，甚至有厂家采用取消电芯中的热敏电阻并且加厚集流体这样的极端办法。而事实上，国内很多动力电池公司都将其LFP动力电池在30C甚至50C的高倍率数据作为技术亮点。
笔者这里要指出的是，作为测试手段无可厚非，但是电芯内部到底发生了哪些变化才是关键。长时间高倍率充放，也许正负极材料结构已经被破坏，负极早已析锂，这些问题需要使用一些原位(In-Situ)的检测手段(比如SEM,XRD和中子衍射等)才能搞清楚。很遗憾的是，这些原位检测手段在国内电池企业几乎没有应用的报道。
点击查看源网页笔者这里还要提醒读者注意锂电充电和放电过程的区别，与充电过程不同的是，锂电在较高的倍率下放电(对外做功)对电池造成的损害并没有快充那么严重，这点跟其它水系二次电池类似。但是对电动汽车的实际使用而言，高倍率充电(快充)的需求无疑要比大电流放电更加迫切。
上升到电池组的层面则情况将更加复杂，在充电过程中不同单体电池的充电电压和充电电流并不一致，必然造成动力电池的充电时间要超过单体电池。这就意味着虽然采用常规充电技术也能在30分钟内将单体电池充电至容量的一半，但电池组肯定会超过这一时间，这在一定程度上意味着快速充电技术的优势并不是十分明显。
另外，在锂离子电池的使用(放电)过程中，其容量的消耗与放电时间并不是线性关系而是随时间加速下降。比如某款电动汽车满电的行驶里程为200公里，那当它正常行驶100公里后，动力电池可能还剩下80%的容量，当电池容量剩下50%时，电动汽车也许就只能够行驶50公里了。锂离子电池的这种特性告诉我们，仅仅将动力电池的电量充到一半或者80%，并不能够满足电动汽车实际使用需要。比如Tesla宣传较多的快速充电技术，在笔者看来其实也是噱头大过实用，而且频繁的快充必将恶化电池的使用寿命和性能，并且带来严重的安全隐患。
