從電動汽車發(fā)展看鉛酸電池未來趨勢

時間:2019-08-17 19:31來源:中國電池聯(lián)盟 作者:龍闕
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       八月長安,但對中國電動汽車行業(yè)來說,這個八月卻不見得有多“安”。我國電動汽車的銷量,八月來遭遇了一次“滑鐵盧”似的負(fù)增長。

 

      8月12日,中汽協(xié)發(fā)布數(shù)據(jù)顯示,7月中國新能源乘用車與商用車?yán)塾嬩N量為8萬輛,同比下跌4.7%。

  

      對于新能源汽車銷量的負(fù)增長,雖然是預(yù)料之中的事兒,但還是給一些從業(yè)者,以及相關(guān)從業(yè)者帶來了不小的心理沖擊。

 

      不過,大家也不用杞人憂天,從長遠(yuǎn)來看,7月新能源汽車銷售出現(xiàn)的負(fù)增長,只是暫時的,這是意料之中,也是情理之中的事。

 

      八月對于中國的新能源汽車行業(yè)而言,意味著汽車銷售不再能過度依賴于補貼。對于市場發(fā)展而言,終將依靠需求和有效的供給來驅(qū)動,補貼的影響也終將會越來越小。

 

      從這個意義上來講,汽車銷售市場必將會逐漸的回歸到正常和理性的發(fā)展路線上。

 

      此外,對比近年來我國電動汽車保有量的發(fā)展情況與銷售情況,增長趨勢還是比較樂觀的,且與其相應(yīng)的動力電池的需求量,增長也很樂觀。

 

      截止2019年7月,我國新能源汽車2019年的產(chǎn)銷分別完成70.1萬輛和69.9萬輛,其中純電動汽車產(chǎn)銷分別完成55.8萬輛和55.1萬輛;插電式混合動力汽車產(chǎn)銷分別完成14.1萬輛和14.6萬輛;燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成1176輛和1106輛。

 

      同時,截至2019年7月,我國動力電池2019年的產(chǎn)量累計為49.2GWh,其中三元電池產(chǎn)量累計31.7GWh,占總產(chǎn)量64.5%;磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量累計15.3GWh,占總產(chǎn)量31.1%;其他材料電池產(chǎn)量累計2.1GWh,占總產(chǎn)量4.3%。

 

      此外,截止2019年7月,我國動力電池2019年的裝車量累計為34.7GWh,其中三元電池裝車量累計23.4GWh,占總裝車67.5%;磷酸鐵鋰電池裝車量累計10.4GWh,占總裝車量29.9%。
 



 


 

      目前,除了動力鋰電池外,我國動力蓄電池的需求量增長也很明朗。

 

      隨著電動汽車的發(fā)展,與其配套的鉛酸蓄電池也得到了相應(yīng)的發(fā)展。不過,蓄電池的使用壽命是制約著電動汽車發(fā)展的重要因素之一,所以,提高鉛蓄電池的使用壽命至關(guān)重要。

 

      影響鉛酸蓄電池使用壽命的因素主要包括,與之相配套的充電器、自身質(zhì)量、用戶使用方式是否正確等

 

      先來看看如何提高蓄電池的質(zhì)量。提高蓄電池質(zhì)量,可以考慮從以下幾個方面進行入手研究。

 

      首先可以從鉛膏及固化入手,鉛膏添加劑是從事鉛酸電池研究的人員長期研究的內(nèi)容之一,鉛膏主要作用是改善正極的導(dǎo)電性能,增加正極的孔率,改善負(fù)極充電接受能力和防止極板的硫鹽化。

 

      固化方面是使電池極板的成分由3BS變成4BS,以提高蓄電池的壽命。

 

      其次可以從板柵材料入手,目前電動汽車鉛酸電池多屬于閥控式、密封蓄電池,這類電池板柵一般使用Pb-Ca-Sn-Al-合金,由于該合金在充電時析氫量下降,使其實現(xiàn)了閥控密封,但該合金的界面狀況不理想,充電接受能力較差,放置較長時間后再充電,能力也不盡如人意。

 

      經(jīng)過大量的合金研究,目前主要的方向是在Pb-Ca-Sn-Al合金的基礎(chǔ)上添加稀土元素,以期改善板柵的性能。

 

      此外,在鉛鈣合金的成分上做了大量的工作,低鈣高錫的正板柵對性能有著積極的影響。

 

      然后可以從化成入手,以前是使極板化成,這種化成過程過于復(fù)雜,不易控制。目前正在積極研究電池化成,這種化成提高了電池的均勻性和一致性,具有延長使用壽命的優(yōu)點。

 

      再來看看充電器和電池的使用情況。蓄電池在充電時有接受電量能力的自身規(guī)律,所以充電器必須要與之相配套,必須要適應(yīng)蓄電池。

 

      此外,很多充電器沒有高耐震的功能,遭受過震動后,其內(nèi)部的電位器會漂移,導(dǎo)致充電狀態(tài)不正常。由于鉛酸電池的記憶效力不是很強,經(jīng)常是完全放電,這對電池的使用壽命影響很大 。

 

      多數(shù)充電器在指示燈變燈指示充滿電以后,電池充入電量可能是97%~99%。雖然僅欠充電1%3%的電量,對續(xù)行能力的影響幾乎可以忽略,但是也會形成欠充電積,所以電池充滿電變燈以后還是盡可能繼續(xù)進行浮充電,這樣對抑制電池硫化也是有好處的。

 

      電池放電以后就開始了硫化過程,及時充電可以清除不嚴(yán)重的硫化,否則這些硫化結(jié)晶會聚積而逐步形成粗大的結(jié)晶,一般的充電器對這些粗大的結(jié)晶是無能為力的,會逐步導(dǎo)致電池容量的下降,從而縮短了電池的使用壽命。
 


 

      目前,除了動力鋰電池外,我國動力蓄電池的需求量增長也很明朗。

 

      電動汽車所用的動力鉛酸蓄電池種類多樣化,包括雙極性鉛酸蓄電池、水平鉛酸蓄電池,以及卷式電池等。

 

      雙極性密封鉛酸蓄電池最早美國Arias公司開發(fā)的,是一面有正極活性物質(zhì),另一面有負(fù)極活性物質(zhì)的堅實薄片極板的電池,具有比能量。

 

      在雙極性電池中,必須有兩個單極性電極,即與正極端子連接的具有正極活性物質(zhì)的單極性正電極和與負(fù)極端子連接的具有負(fù)極活性物質(zhì)的單極性負(fù)電極。

 

      雙極性鉛酸蓄電池幾乎沒有單格電池的內(nèi)電阻,其總電阻約是普通蓄電池總電阻的1/5。內(nèi)阻的減少能使蓄電池輸出比較大的功率,可以用于驅(qū)動電動汽車,提高電池壽命,減輕電池質(zhì)量,降低結(jié)構(gòu)成本。

 

      普通鉛酸電池的極板是豎立著放置的,而雙極性鉛酸蓄電池的電極是平臥著放置的。電極水平臥著放置是為了防止電解液層化,和活性物質(zhì)剝離,以及便于采用輕量薄形電極基片。

 

      通過采用雙極性結(jié)構(gòu),大大減輕了鉛酸電池的質(zhì)量,提高了設(shè)計效率。如表1,是對傳統(tǒng)的12V12Ah鉛酸電池與雙極性24V12Ah鉛酸電池零件分解質(zhì)量的比較。

 

表1.  12V12Ah傳統(tǒng)電池與24V12Ah雙極電池比較

 

      從表1中可以看出,總計質(zhì)量減輕了46%,質(zhì)量的減輕主要與諸如活性物質(zhì)利用率提高等因素相關(guān)。

 

      雙極性鉛酸蓄電池與其他蓄電池相比具有多方面的顯著優(yōu)點,包括成本低、能量高、容量大、技術(shù)安全、不污染環(huán)境、不需要維護,以及壽命長等。

 

      水平鉛酸蓄電池最早是由美國Electrosource公司開發(fā)的,免維護、輕量的水平密封鉛酸電池,比功率,比能量也高于普通的鉛酸電池。

 

      水平鉛酸蓄電池的專利技術(shù)是將玻璃纖維表面冷擠壓鍍覆鉛錫合金,玻璃纖維確保了高的拉伸強度,消除了對鉛添加劑的需求,鉛顆粒結(jié)構(gòu)具有很高的腐蝕阻抗性 。

 

      生產(chǎn)水平電池的過程是,將復(fù)合鉛絲織成鉛布作為正負(fù)極的基極,代替鑄造板柵,減輕了質(zhì)量,并大大的提高了耐腐蝕性,采用復(fù)合鉛絲可減少常規(guī)電池所需的67%的鉛。

 

      這種電池采用準(zhǔn)雙極結(jié)構(gòu),在一塊平面鉛布上,一邊涂正膏,一邊涂負(fù)膏,中間有導(dǎo)電用的鉛絲,并涂有絕緣高分子涂層,以防正負(fù)極短路和自放電。

 

      水平鉛酸蓄電池極板水平疊放,解決了普通鉛酸電池中的電解液分層問題,電池的正負(fù)邊極板都為單極性的極板,中間的雙極性極板用塑料框架固定,以增強電池的耐震動能力,同時確保電池在使用壽命周期 內(nèi)保持恒定的組裝壓力。

 

      水平電池的主要不足是深循環(huán)壽命低,研究者正在積極開發(fā)提高水平電池循環(huán)壽命的方法。

 

      水平電池是如今鉛酸蓄電池中發(fā)展比較好的,隨著水平電池壽命的提高,必將會在很大程度上提高其作為電動汽車車用動力電池的競爭力。

 

      卷式電池最早瑞典OPTIMA公司開發(fā),并且在非洲、亞洲、歐洲及南美等個國家銷售。

 

       卷式電池采用電池單元螺旋卷繞技術(shù),將正極板、固體酸和負(fù)極板緊緊地螺旋卷繞成卷。正極板采用氧化鉛,負(fù)極板采用超純鉛,極板很薄,正負(fù)極夾玻璃棉隔板并緊緊地卷繞成卷,可保持穩(wěn)定的組裝壓力,內(nèi)阻極低,大電流放電性能較好。

 

      卷式電池的設(shè)計和較高的極板壓縮率,可防止活性物質(zhì)脫落,高純度的鉛錫合金板柵可減緩硫酸的腐蝕,所有這些都能確保該電池具有較高的循環(huán)壽命,較好地滿足動力設(shè)備需要。

 

       卷式電池的極板采用了超純鉛,且采用了螺旋卷繞結(jié)構(gòu),從而使總反應(yīng)面積數(shù)倍增大,又因為極間距較薄,內(nèi)阻較低,所以可輸出功率較大,為9.5kW。

 

      卷式電池的快速充電性能較好,最高可用300A的電流進行充電,在100%放電狀態(tài)下可在不到1h充足。

 

      卷式電池獨特的螺旋卷繞結(jié)構(gòu)決定了它在抗震動,和沖擊方面的性能要優(yōu)于平板式的電池。

 

      根據(jù)測試,卷式電池至少能抗4級震動12h,以及6級震動4h后一點也不損壞,而傳統(tǒng)電瓶則最多能抗4級震動4h,以及6級震動1h后便不能用了。

 

      根據(jù)美國SAE測試,卷式電池在100%放電后,其復(fù)充電全電量恢復(fù)次數(shù)可達(dá)40次以上,而傳統(tǒng)的起動電瓶一般都是嚴(yán)禁100%放電的,因其100%放電后電瓶的損壞情況很嚴(yán)重的,即使能再充電也無法恢復(fù)其原來的儲電量,所以,卷式電池更顯安全可靠。

 

      此外,卷式電池在放置不用250d后,其儲電量才下降50%,比傳統(tǒng)的起動電瓶一般每月都要給其復(fù)充電方便了很多。

 

      目前,電動汽車所使用的動力電池主要是密封的鉛酸電池,金屬氰化物鎳電池和鋰離子電池是鉛酸電池的主要競爭者。

 

      所以,只有進一步從改進柵板合金、采用活性物質(zhì)添加劑、薄極板、雙性技術(shù)、交替技術(shù)、卷繞技術(shù)等方面進行研究,來提高深放電循環(huán)使用壽命,才能提高鉛酸電池的競爭力。

 

      雖然鋰電池近年來勢頭迅猛,發(fā)展前景廣闊。不過,隨著電池技術(shù)的進一步發(fā)展,鉛酸電池在未來的市場上依然會具有較強的競爭力。


(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 電動汽車 鉛酸電池
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