铅酸电池还是锂电池?论低速电动车的动力门槛

丞相本布衣

低速电动汽车在没有国家政策和资金的支持下,完全依靠市场的需求而发展起来的产业。在新能源电动汽车行业扮演了一定的角色。然而目前低速电动汽车绝大多数使用的是发展成熟的铅酸电池作为动力,很少采用锂电池作为动力。低速电动汽车采用铅酸电池作为动力的原因很大程度上是因为目前在成本这块铅酸电池具有竞争性的优势。而且铅酸电池发展比较成熟,性能稳定,安全性比较好。所有这些都是让低速电动汽车在动力电池的技术路线上选择了铅酸电池。

对于低速电动汽车选择铅酸电池作为动力源,在经济成本上虽然有很大的优势,但是存在巨大环境污染的风险。对于低速电动汽车的解禁,以及建立标准情况,2016414日,国家标准化管理委员会在其网站上对2016年第一批拟立项国家标准项目公开征求意见。2016年第一批拟立项标准,《四轮低速电动乘用车技术条件》被放在立项栏目中。其中意见栏目中很明确的提出低速电动汽车使用锂电池作为动力是门槛。此意见一推出有两方面的声音其一是支持低速电动汽车锂电化,其二是维持低速电动汽车使用铅酸电池。两方面在技术路线的选择上都有充分合理的理由来证明技术路线选择的合理性。在选择动力电池这块本人比较倾向选择锂电池。无论从技术还是从运营管理方面来讲,选择锂电池作为动力必定会成为低速电动汽车发展的趋势。

铅酸电池的结构

铅酸电池的正极材料主要是由PbO2组成,负极材料主要是Pb组成,电解液通常是稀硫酸。在放电过程中遵循双硫酸盐反应规则,正负极材料上都有PbSO4晶粒生成,铅酸蓄电池的标称电压是2V,理论比能量是166.9Wh/kg,实际比能量为3545Wh/kg。由于电解液存在的导电性,使得铅酸电池存在自放电和充电的时候不允许大电流充电,所以一般铅酸电池的充电都限制在0.3C以下。

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铅酸电池的生产工艺比较成熟,在该技术上虽然有很多公司在正负极材料的制备工艺上有很多的创新和突破,但是使用材料的基础技术却没有根本性的创新和突破。在制备工艺的改进创新基础上铅酸电池的蓄电能力,自放电性,以及耐充电性能都得到一定的改善。但是并没有发生质的的变化。铅酸电池本身使用的材料存在一定的污染环境的风险。在低速电动车使用的复杂工况环境下极有可能出现电解液泄露,或者是其他的情况致使铅酸电池中的正负极材料流失到环境中去,对环境造成一定的污染。

就目前来讲,铅酸电池的制备从上游的铅矿,以及各种加工厂产业链比较完善,竞争也比较充分,再加上行业发展的技术成熟程度包括产业设备的国产化率都是比较高,所以产品价格比较低,在低速电动车上使用非常具有成本优势。

锂电池的结构

锂电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。正极材料主要是锂的活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂,镍钴锰酸锂材料(俗称三元),磷酸铁锂等活性锂合物质。负极材料主要是负极采用锂-碳层间化合物LiXC6,基本是性能和化学稳定性比较好的碳材料,石墨、碳纤维、玻璃碳等等,在负极材料方面石墨烯由于其优异的充放电性能,越来越多的受到各个锂电池厂家以及投资机构的关注。电解液通常是溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂,聚合物的则使用凝胶状电解液,目前国内最大生产电解液的厂家是以多氟多(002407)为代表的一类厂家。目前比较热的锂离子电池的能量密度约在100150Wh/kg左右,显然比铅酸电池高出很多。由于电解液使用的是有机溶剂,导电率非常弱。使得锂电池的自放电性很小。在充电的时候允许大电流充电。所以一般锂电池的充电能够达到1C

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锂电池的生产工艺目前来讲已经很成熟,但是在正负极材料、隔膜这些核心材料方面国产化依然还有很长的路要走。随着装配工艺的不断进步和发展以及国内大量的资本涌向锂电池产业链。关键的原材料不断在有所突破,再加上最近两年大量的新开工的锂电池厂家将会在未来两年建成投产,势必会造成锂电池的产能过剩,价格必定会出现跌落。随着资本的密集投入,上下游产业链的完善,锂电池价格必将会到达一个低速电动汽车接受的水平。更主要的是锂电池本身的材料结构决定其不会存在对环境污染的巨大风险。

锂电池的优秀性能,如果能在价格上跟铅酸电池产生正面竞争,将会给低速电动汽车的续航里程,充电使用带来深远的影响,甚至会对该产业带来巨大的影响。对于锂电池具有价格成本优势应用于低速电动汽车上面本人持有乐观态度。

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对比完铅酸电池和锂电池的结构,在低速电动汽车使用方面,动力电池会产生的污染点主要有以下几种情况:

1、车体产生颠覆或者是碰撞受损。在这种情况下,铅酸电池极容易出现电解液泄露,铅酸电池内部的一些材料出现泄露。而锂电池车辆由于制造工艺与铅酸电池存在很大差异,出现泄露的情况十分有限甚至是可以忽略。

2、 使用过程中某一两个电池出现问题的更换。在此环节很容易出现更换之后随意丢弃的现象。在这种情况下电池极容易成为污染源。相比于铅酸电池的用量,以及使用材料,锂电池中不含有重金属对环境产生的影响也不大。而铅酸电池中的重金属铅却会对环境产生很大的压力和影响。

3、使用到达寿命年限的废旧处理。首先锂电池的充放电次数要远大于铅酸电池的充放电次数。使用更换率上锂电池要比铅酸电池慢得多。即使到了使用年限或者是报废条件。锂电池依然有很高的电容量率。还能进行储能使用,进入下一轮循环。而铅酸电池虽然残值相对比较高,但是在流通环节特别是乡村偏远地区以及特定的使用环节,极容易出现随意丢弃或者是流通到一些翻新小作坊里面,成为完全失控的状态。

随着低速电动汽车的市场增长越来越大,低速电动汽车依靠自身的优势在新能源电动汽车行业占有一席之地。同时以其实用性,低成本,便捷性越来越受到城镇居民以及农村居民的青睐,特别是改善城乡居民的出行发挥了巨大的作用。在村与村,村与镇之间的基础物流和基础客流上从客观上降低了流通成本。在合适的使用空间上发挥了巨大的作用。低速电动汽车的轻量化发展方向,大续航里程的需求也需要在动力方面采用锂电池来作为驱动动力。

现在锂电池的价格在一定的时间之内还无法降低到与铅酸电池相竞争的价格,但不能否认锂电池的价格正在逐步降低,再有一点,国家对铅酸电池的政策性加税也促进锂电池的加快发展,占领低速电动汽车这块迅速增长的市场。国内各大锂电池厂家产能扩大,进入有序的激烈竞争势必会带来物美价廉的动力锂电池。在《四轮低速电动乘用车技术条件》的征求意见中,将锂电池作为动力电池的基本要求。也是国家层面也在正视低速电动汽车这个能够改善民生的市场。

低速电动汽车未来大有作为。

作者:丞相本布衣

来源:第一电动网

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资深电动汽车人士,某基金新能源投资方向独立咨询顾问,多家电动汽车技术顾问。熟悉市场技术发展趋势,熟悉电动汽车电机驱动,充电设备。


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