電動自行車蓄電池現(xiàn)狀比較及研究展望

于志強 鐘義林 孫立 蔡澤仁 陳啟悅

(上海市計量測試技術研究院材質中心 上海 200000)

電動自行車蓄電池現(xiàn)狀比較及研究展望

于志強 鐘義林 孫立 蔡澤仁 陳啟悅

(上海市計量測試技術研究院材質中心 上海 200000)

簡要介紹了電動自行車動力電池的發(fā)展現(xiàn)狀,比較目前主流自行車用蓄電池，提出對鋰離子蓄電池的展望。

電動自行車；鉛酸蓄電池；鋰離子電池

近年來，電動自行車基本已完全替代了燃油助力車，在節(jié)能環(huán)保、社會和諧發(fā)展、緩解城市交通擁堵,都具有重要的意義。電動自行車蓄電池作為動力源，是決定電動自行車性能水平的決定性部件，電動自行車行業(yè)的發(fā)展受制于電池工業(yè)的技術水平。分析目前電動自行車用動力電池的發(fā)展現(xiàn)狀，比較電動自行車用各種電池的主要優(yōu)缺點，提出展望。

1 電動自行車電池分類比較

1.1 閥控鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池的發(fā)展已有上百年，現(xiàn)在，在用的電動車絕大多數(shù)都是采用鉛酸電池。鉛酸蓄電池的優(yōu)點是生產水平成熟，成本較低，回收舊鉛酸電池的渠道較多，技術上也已成熟，回收的材料可二次甚至多次利用，變相節(jié)約了資源，是國內市場上的主流動力電池。

鉛酸電池缺點明顯，相比貯存的電能，鉛酸電池重量高，比如市場上常用的12V10AH的電池，按照要求做5A放電實驗，2h率合格，一組36V即3節(jié)電池，重量就要在14kg上下，如從技術上提高質量能量比，通過雙極等原理，制造工業(yè)費用會大幅增加，發(fā)展技術目前基本到達了瓶頸。另一個問題是鉛蓄電池生產過程中產生一定的環(huán)境問題，尤其是作為主要材料的鉛，高毒性的材料，在制作過程中污染問題較大，從防治環(huán)境污染，和諧社會等方面看，在未來都不是主力電動自行車用電池的首選。

1.2 鎳氫蓄電池

鎳氫蓄電池，NI-MH電池基本屬于綠色能源，它的質能比基本2倍于鉛酸蓄電池，資源得益于國內大量的稀土礦，對環(huán)境污染也較低。

制約NI-MH電池發(fā)展的原因有兩點，一是成本，NI-MH蓄電池制作費用高，在同樣能量下，一組36V的蓄電池價格3倍于鉛酸蓄電池，約1100元上下，里程數(shù)略高于鉛酸電池，重量相對輕一些。第二點原因是NI-MH電池的單節(jié)額定電壓低，僅為1.2V，受限于組體電池連接總量，穩(wěn)定性方面的考慮，NI-MH較適合小電壓下的蓄電池電瓶24V，這在當前電瓶越做越大48V蓄電池占主導產品的局面下，未來基本難以符合普通消費者的需求，難以占有市場。

1.3 鋅類蓄電池

鋅類蓄電池是一個大類，主要有鋅空氣蓄電池，ZN-NI蓄電池，鋅鎳電池等。鋅空氣電池是其中較典型的一種，該技術開端于上世紀60至70年代，當時各實驗室先后對鋅空氣電池在電動自行車上的應用進行了實驗，取得了一定成果，主要運用在航標燈，ups不斷電通信設備等。鋅類空氣蓄電池的優(yōu)點很多，質量能量比高，額定電壓穩(wěn)定，制作成本便宜，對環(huán)境污染不會有明顯損害。一度在上海等地推廣試點幾個實驗室基地，但研究實驗進行在實際成品中發(fā)現(xiàn)了鋅空氣電池的缺點。

鋅類空氣電源二次利用成本高，容易氧化電極的壽命不持久，電解液在工作中濕度揮發(fā)，對蓄電池總體能力造成降低，電解液碳酸鹽化后，會增加電瓶內阻，互相作用在大電流實驗中，電解液更易漏溢以及運行時的工作溫度問題，使鋅空氣蓄電池在推向市場和電動自行車上的進程中難以被接受，目前依舊還在技術修真中。

1.4 鋰離子蓄電池

國內鋰離子電池研究源自早期中科院對鋰電池和相關材料研究的支持，上世紀90年代Sony公司推出了鋰電池成品，我國在863計劃中立項安排武漢大學、天津18所和中國科學院物理所配合研發(fā)產品，成立完整鋰電蓄電池生產線，國內迅速鋪開，以價格優(yōu)勢在國際電池市場上形成了強大的競爭力，最終使我國和日、韓兩國一起成為手機鋰離子電池三大生產國。

鋰離子蓄電池應用于電動自行車可謂大勢所趨，單節(jié)鋰離子電池的工作電壓為3.6V，重量輕，同樣質量能量比是同類鉛酸蓄電池的3.5～4倍，循環(huán)壽命次數(shù)2倍于鉛酸電池，內阻小漏電流低，環(huán)境污染少，可說是目前性能最優(yōu)的蓄電池。

過去鋰離子電池的制約因素主要有這幾點。一是安全性問題，當鋰離子電池制作大容量后，比如48V10AH電池，混入了雜質微?；蚪^緣膠帶異常導致短路，容易造成發(fā)熱起火等安全隱患。Sony公司，LG公司都曾有鋰離子電池起火召回事件，美國自91年以來已發(fā)生近70起鋰離子蓄電池空運火災事件，我國民航局也規(guī)定鋰離子蓄電池不準托運，只準隨身攜帶規(guī)定容量電池。二是價格問題，同樣容量蓄電池，鋰離子電池售價約2.5倍于鉛酸蓄電池。三是鋰電池安全性好、壽命長，但是早先材料供應、電池制造技術和被市場接受都需要過程，批量生產能力差，工藝不穩(wěn)定，不同批次產品質量不一致。

2 電動自行車用蓄電池展望

通過上述研究比較，雖然鉛酸蓄電池由于價格等原因仍占據(jù)目前市場的主導，但在環(huán)保問題愈來愈受重視的今天，終將不久淘汰于新技術。后備的電動自行車用蓄電池受制于大小價格容量等原因，目前的首選是鋰離子蓄電池。

雖然安全性、價格成本、工藝一致性一直是制約電動自行車鋰離子電池發(fā)展的關鍵指標，但隨著近十年的發(fā)展,電動自行車用鋰離子電池在這三方面有很大技術進展。新技術的鋰離子能量型，采用表面包覆錳酸鋰正極材料技術,提高了安全問題，已有該型鋰電池通過了UL認證。而且隨著生產線工藝的成熟，按電池容量、內阻、電壓降等參數(shù)的分選,鋰離子電池一致性也有了較好保證，價格成本穩(wěn)步降低，相信不久的將來，鋰離子電池將把電動自行車蓄電池行業(yè)推向新高度。