从电动汽车发展看铅酸电池未来趋势

随着电池技术的进一步发展，铅酸电池在未来的市场上依然会具有较强的竞争力。

八月长安，但对中国电动汽车行业来说，这个八月却不见得有多“安”。我国电动汽车的销量，八月来遭遇了一次“滑铁卢”似的负增长。

8月12日，中汽协发布数据显示，7月中国新能源乘用车与商用车累计销量为8万辆，同比下跌4.7%。

对于新能源汽车销量的负增长，虽然是预料之中的事儿，但还是给一些从业者，以及相关从业者带来了不小的心理冲击。

不过，大家也不用杞人忧天，从长远来看，7月新能源汽车销售出现的负增长，只是暂时的，这是意料之中，也是情理之中的事。

八月对于中国的新能源汽车行业而言，意味着汽车销售不再能过度依赖于补贴。对于市场发展而言，终将依靠需求和有效的供给来驱动，补贴的影响也终将会越来越小。

从这个意义上来讲，汽车销售市场必将会逐渐的回归到正常和理性的发展路线上。

此外，对比近年来我国电动汽车保有量的发展情况与销售情况，增长趋势还是比较乐观的，且与其相应的动力电池的需求量，增长也很乐观。

截止2019年7月，我国新能源汽车2019年的产销分别完成70.1万辆和69.9万辆，其中纯电动汽车产销分别完成55.8万辆和55.1万辆；插电式混合动力汽车产销分别完成14.1万辆和14.6万辆；燃料电池汽车产销分别完成1176辆和1106辆。


同时，截至2019年7月，我国动力电池2019年的产量累计为49.2GWh，其中三元电池产量累计31.7GWh，占总产量64.5%；磷酸铁锂电池产量累计15.3GWh，占总产量31.1%；其他材料电池产量累计2.1GWh，占总产量4.3%。

此外，截止2019年7月，我国动力电池2019年的装车量累计为34.7GWh，其中三元电池装车量累计23.4GWh，占总装车67.5%；磷酸铁锂电池装车量累计10.4GWh，占总装车量29.9%。


一

目前，除了动力锂电池外，我国动力蓄电池的需求量增长也很明朗。

随着电动汽车的发展，与其配套的铅酸蓄电池也得到了相应的发展。不过，蓄电池的使用寿命是制约着电动汽车发展的重要因素之一，所以，提高铅蓄电池的使用寿命至关重要。

影响铅酸蓄电池使用寿命的因素主要包括，与之相配套的充电器、自身质量、用户使用方式是否正确等。

先来看看如何提高蓄电池的质量。提高蓄电池质量，可以考虑从以下几个方面进行入手研究。

首先可以从铅膏及固化入手，铅膏添加剂是从事铅酸电池研究的人员长期研究的内容之一，铅膏主要作用是改善正极的导电性能，增加正极的孔率，改善负极充电接受能力和防止极板的硫盐化。

固化方面是使电池极板的成分由3BS变成4BS，以提高蓄电池的寿命。

其次可以从板栅材料入手，目前电动汽车铅酸电池多属于阀控式、密封蓄电池，这类电池板栅一般使用Pb-Ca-Sn-Al-合金，由于该合金在充电时析氢量下降，使其实现了阀控密封，但该合金的界面状况不理想，充电接受能力较差，放置较长时间后再充电，能力也不尽如人意。

经过大量的合金研究，目前主要的方向是在Pb-Ca-Sn-Al合金的基础上添加稀土元素，以期改善板栅的性能。

此外，在铅钙合金的成分上做了大量的工作，低钙高锡的正板栅对性能有着积极的影响。

然后可以从化成入手，以前是使极板化成，这种化成过程过于复杂，不易控制。目前正在积极研究电池化成，这种化成提高了电池的均匀性和一致性，具有延长使用寿命的优点。

再来看看充电器和电池的使用情况。蓄电池在充电时有接受电量能力的自身规律，所以充电器必须要与之相配套，必须要适应蓄电池。

此外，很多充电器没有高耐震的功能，遭受过震动后，其内部的电位器会漂移，导致充电状态不正常。由于铅酸电池的记忆效力不是很强，经常是完全放电，这对电池的使用寿命影响很大 。

多数充电器在指示灯变灯指示充满电以后，电池充入电量可能是97%～99%。虽然仅欠充电1%～3%的电量，对续行能力的影响几乎可以忽略，但是也会形成欠充电积，所以电池充满电变灯以后还是尽可能继续进行浮充电，这样对抑制电池硫化也是有好处的。

电池放电以后就开始了硫化过程，及时充电可以清除不严重的硫化，否则这些硫化结晶会聚积而逐步形成粗大的结晶，一般的充电器对这些粗大的结晶是无能为力的，会逐步导致电池容量的下降，从而缩短了电池的使用寿命。

二

目前，除了动力锂电池外，我国动力蓄电池的需求量增长也很明朗。

电动汽车所用的动力铅酸蓄电池种类多样化，包括双极性铅酸蓄电池、水平铅酸蓄电池，以及卷式电池等。

双极性密封铅酸蓄电池最早是由美国Arias公司开发的，是一面有正极活性物质，另一面有负极活性物质的坚实薄片极板的电池，具有较高的比能量。

在双极性电池中，必须有两个单极性电极，即与正极端子连接的具有正极活性物质的单极性正电极和与负极端子连接的具有负极活性物质的单极性负电极。

双极性铅酸蓄电池几乎没有单格电池的内电阻，其总电阻约是普通蓄电池总电阻的1/5。内阻的减少能使蓄电池输出比较大的功率，可以用于驱动电动汽车，提高电池寿命，减轻电池质量，降低结构成本。

普通铅酸电池的极板是竖立着放置的，而双极性铅酸蓄电池的电极是平卧着放置的。电极水平卧着放置是为了防止电解液层化，和活性物质剥离，以及便于采用轻量薄形电极基片。

通过采用双极性结构，大大减轻了铅酸电池的质量，提高了设计效率。如表1，是对传统的12V12Ah铅酸电池与双极性24V12Ah铅酸电池零件分解质量的比较。


从表1中可以看出，总计质量减轻了46%，质量的减轻主要与诸如活性物质利用率提高等因素相关。

双极性铅酸蓄电池与其他蓄电池相比，具有多方面的显著优点，包括成本低、能量高、容量大、技术安全、不污染环境、不需要维护，以及寿命长等。

水平铅酸蓄电池最早是由美国Electrosource公司开发的，免维护、轻量的水平密封铅酸电池，比功率较大，比能量也高于普通的铅酸电池。

水平铅酸蓄电池的专利技术是将玻璃纤维表面冷挤压镀覆铅锡合金，玻璃纤维确保了高的拉伸强度，消除了对铅添加剂的需求，铅颗粒结构具有很高的腐蚀阻抗性 。

生产水平电池的过程是，将复合铅丝织成铅布作为正负极的基极，代替铸造板栅，减轻了质量，并大大的提高了耐腐蚀性，采用复合铅丝可减少常规电池所需的67%的铅。

这种电池采用准双极结构，在一块平面铅布上，一边涂正膏，一边涂负膏，中间有导电用的铅丝，并涂有绝缘高分子涂层，以防正负极短路和自放电。

水平铅酸蓄电池极板水平叠放，解决了普通铅酸电池中的电解液分层问题，电池的正负边极板都为单极性的极板，中间的双极性极板用塑料框架固定，以增强电池的耐震动能力，同时确保电池在使用寿命周期 内保持恒定的组装压力。

水平电池的主要不足是深循环寿命低，研究者正在积极开发提高水平电池循环寿命的方法。

水平电池是如今铅酸蓄电池中发展比较好的，随着水平电池寿命的提高，必将会在很大程度上提高其作为电动汽车车用动力电池的竞争力。

卷式电池最早是由瑞典OPTIMA公司开发，并且在非洲、亚洲、欧洲及南美等多个国家销售。

卷式电池采用电池单元螺旋卷绕技术，将正极板、固体酸和负极板紧紧地螺旋卷绕成卷。正极板采用氧化铅，负极板采用超纯铅，极板很薄，正负极夹玻璃棉隔板并紧紧地卷绕成卷，可保持稳定的组装压力，内阻极低，大电流放电性能较好。

卷式电池的设计和较高的极板压缩率，可防止活性物质脱落，高纯度的铅锡合金板栅可减缓硫酸的腐蚀，所有这些都能确保该电池具有较高的循环寿命，较好地满足动力设备需要。

卷式电池的极板采用了超纯铅，且采用了螺旋卷绕结构，从而使总反应面积数倍增大，又因为极间距较薄，内阻较低，所以可输出功率较大，为9.5kW。

卷式电池的快速充电性能较好，最高可用300A的电流进行充电，在100%放电状态下可在不到1h充足。

卷式电池独特的螺旋卷绕结构决定了它在抗震动，和冲击方面的性能要优于平板式的电池。

根据测试，卷式电池至少能抗4级震动12h，以及6级震动4h后一点也不损坏，而传统电瓶则最多能抗4级震动4h，以及6级震动1h后便不能用了。

根据美国SAE测试，卷式电池在100%放电后，其复充电全电量恢复次数可达40次以上，而传统的起动电瓶一般都是严禁100%放电的，因其100%放电后电瓶的损坏情况很严重的，即使能再充电也无法恢复其原来的储电量，所以，卷式电池更显安全可靠。

此外，卷式电池在放置不用250d后，其储电量才下降50%，比传统的起动电瓶一般每月都要给其复充电方便了很多。

目前，电动汽车所使用的动力电池主要是密封的铅酸电池，金属氰化物镍电池和锂离子电池是铅酸电池的主要竞争者。

所以，只有进一步从改进栅板合金、采用活性物质添加剂、薄极板、双性技术、交替技术、卷绕技术等方面进行研究，来提高深放电循环使用寿命，才能提高铅酸电池的竞争力。

虽然锂电池近年来势头迅猛，发展前景广阔。不过，随着电池技术的进一步发展，铅酸电池在未来的市场上依然会具有较强的竞争力。