电动自行车蓄电池现状比较及研究展望

于志强 钟义林 孙立 蔡泽仁 陈启悦

(上海市计量测试技术研究院材质中心 上海 200000)

电动自行车蓄电池现状比较及研究展望

于志强 钟义林 孙立 蔡泽仁 陈启悦

(上海市计量测试技术研究院材质中心 上海 200000)

简要介绍了电动自行车动力电池的发展现状,比较目前主流自行车用蓄电池，提出对锂离子蓄电池的展望。

电动自行车；铅酸蓄电池；锂离子电池

近年来，电动自行车基本已完全替代了燃油助力车，在节能环保、社会和谐发展、缓解城市交通拥堵,都具有重要的意义。电动自行车蓄电池作为动力源，是决定电动自行车性能水平的决定性部件，电动自行车行业的发展受制于电池工业的技术水平。分析目前电动自行车用动力电池的发展现状，比较电动自行车用各种电池的主要优缺点，提出展望。

1 电动自行车电池分类比较

1.1 阀控铅酸蓄电池

铅酸蓄电池的发展已有上百年，现在，在用的电动车绝大多数都是采用铅酸电池。铅酸蓄电池的优点是生产水平成熟，成本较低，回收旧铅酸电池的渠道较多，技术上也已成熟，回收的材料可二次甚至多次利用，变相节约了资源，是国内市场上的主流动力电池。

铅酸电池缺点明显，相比贮存的电能，铅酸电池重量高，比如市场上常用的12V10AH的电池，按照要求做5A放电实验，2h率合格，一组36V即3节电池，重量就要在14kg上下，如从技术上提高质量能量比，通过双极等原理，制造工业费用会大幅增加，发展技术目前基本到达了瓶颈。另一个问题是铅蓄电池生产过程中产生一定的环境问题，尤其是作为主要材料的铅，高毒性的材料，在制作过程中污染问题较大，从防治环境污染，和谐社会等方面看，在未来都不是主力电动自行车用电池的首选。

1.2 镍氢蓄电池

镍氢蓄电池，NI-MH电池基本属于绿色能源，它的质能比基本2倍于铅酸蓄电池，资源得益于国内大量的稀土矿，对环境污染也较低。

制约NI-MH电池发展的原因有两点，一是成本，NI-MH蓄电池制作费用高，在同样能量下，一组36V的蓄电池价格3倍于铅酸蓄电池，约1100元上下，里程数略高于铅酸电池，重量相对轻一些。第二点原因是NI-MH电池的单节额定电压低，仅为1.2V，受限于组体电池连接总量，稳定性方面的考虑，NI-MH较适合小电压下的蓄电池电瓶24V，这在当前电瓶越做越大48V蓄电池占主导产品的局面下，未来基本难以符合普通消费者的需求，难以占有市场。

1.3 锌类蓄电池

锌类蓄电池是一个大类，主要有锌空气蓄电池，ZN-NI蓄电池，锌镍电池等。锌空气电池是其中较典型的一种，该技术开端于上世纪60至70年代，当时各实验室先后对锌空气电池在电动自行车上的应用进行了实验，取得了一定成果，主要运用在航标灯，ups不断电通信设备等。锌类空气蓄电池的优点很多，质量能量比高，额定电压稳定，制作成本便宜，对环境污染不会有明显损害。一度在上海等地推广试点几个实验室基地，但研究实验进行在实际成品中发现了锌空气电池的缺点。

锌类空气电源二次利用成本高，容易氧化电极的寿命不持久，电解液在工作中湿度挥发，对蓄电池总体能力造成降低，电解液碳酸盐化后，会增加电瓶内阻，互相作用在大电流实验中，电解液更易漏溢以及运行时的工作温度问题，使锌空气蓄电池在推向市场和电动自行车上的进程中难以被接受，目前依旧还在技术修真中。

1.4 锂离子蓄电池

国内锂离子电池研究源自早期中科院对锂电池和相关材料研究的支持，上世纪90年代Sony公司推出了锂电池成品，我国在863计划中立项安排武汉大学、天津18所和中国科学院物理所配合研发产品，成立完整锂电蓄电池生产线，国内迅速铺开，以价格优势在国际电池市场上形成了强大的竞争力，最终使我国和日、韩两国一起成为手机锂离子电池三大生产国。

锂离子蓄电池应用于电动自行车可谓大势所趋，单节锂离子电池的工作电压为3.6V，重量轻，同样质量能量比是同类铅酸蓄电池的3.5～4倍，循环寿命次数2倍于铅酸电池，内阻小漏电流低，环境污染少，可说是目前性能最优的蓄电池。

过去锂离子电池的制约因素主要有这几点。一是安全性问题，当锂离子电池制作大容量后，比如48V10AH电池，混入了杂质微粒或绝缘胶带异常导致短路，容易造成发热起火等安全隐患。Sony公司，LG公司都曾有锂离子电池起火召回事件，美国自91年以来已发生近70起锂离子蓄电池空运火灾事件，我国民航局也规定锂离子蓄电池不准托运，只准随身携带规定容量电池。二是价格问题，同样容量蓄电池，锂离子电池售价约2.5倍于铅酸蓄电池。三是锂电池安全性好、寿命长，但是早先材料供应、电池制造技术和被市场接受都需要过程，批量生产能力差，工艺不稳定，不同批次产品质量不一致。

2 电动自行车用蓄电池展望

通过上述研究比较，虽然铅酸蓄电池由于价格等原因仍占据目前市场的主导，但在环保问题愈来愈受重视的今天，终将不久淘汰于新技术。后备的电动自行车用蓄电池受制于大小价格容量等原因，目前的首选是锂离子蓄电池。

虽然安全性、价格成本、工艺一致性一直是制约电动自行车锂离子电池发展的关键指标，但随着近十年的发展,电动自行车用锂离子电池在这三方面有很大技术进展。新技术的锂离子能量型，采用表面包覆锰酸锂正极材料技术,提高了安全问题，已有该型锂电池通过了UL认证。而且随着生产线工艺的成熟，按电池容量、内阻、电压降等参数的分选,锂离子电池一致性也有了较好保证，价格成本稳步降低，相信不久的将来，锂离子电池将把电动自行车蓄电池行业推向新高度。