铅酸电池在电动汽车的应用(铅酸蓄电池及锂电池在电动车上应用及未来展望 #铅酸蓄电池 #锂电池)
在SMM主办的2023SMM中国铅酸蓄电池应用与绿色循环产业大会-主论坛上，江苏新日电动车股份有限公司副总经理雷宝荣表示，目前，中国两轮电动车在动力电池上分为三类:铅酸电池、锂电池、氢燃料。市面上销售的两轮电动车以铅酸电池为主具备技术成熟，价格便宜，可回收利用率高等特点，锂电池在两轮电动车中的渗透率平均不足10%，而氢燃料电池目前正在验证阶段、还需要大量的验证数据、近几年不会大量应用。
铅酸蓄电池在电动车上的应用现状
铅酸蓄电池在电动两轮车上的应用
铅酸蓄电池由于技术很成熟、价格低廉且安全性好广泛应用在电动两轮车上。
2023年1-8月，全国电动自行车生产2659万辆，铅酸蓄电池配置占比约85% 25.52GW/H。
2023年1-8月，全国电动摩托车生产1028万辆，铅酸蓄电池配置占比约95% 12.34GW/H。
2023年1-8月，电动自行车、电动摩托车共完成3687万辆，铅酸蓄电池配置约占比90%。
铅酸电池存在的问题有：体积较大、寿命短、质量重以及低温性能较差等缺陷。
铅酸蓄电池技术的发展现状
铅酸蓄电池是一类安全性高，电性能稳定，制造成本低，应用领域广泛，可低成本再生利用的“资源循环型”能源产品。其生产属深加工、劳动密集型方式。近几十年来，铅酸蓄电池的应用领域在不断地扩展，市场需求量也大幅度的升长，在二次电源中，铅酸蓄电池已占有85%以上的市场份额。随着人类对太阳能、风能、地热能、潮汐能等自然能的开发利用和电动汽车产业的发展,铅酸蓄电池作为不消耗地球资源的“绿色”产业，具有着广阔地发展空间。
据有关统计数据显示，近几年来蓄电池的全球年均增长率不足5%，而中国电池总量的年增长率却达到9.4%。尤其是铅酸电池发展较快，年增长速度超过16%以上。中国铅酸电池市场以汽车电池为主，约占总量的70%，近5年年均增长16%。由于新型高功率铅酸蓄电池的不断问世，质量水平的不断提高和低成本优势，作为发展中国家代步工具的电动自行车和电动摩托车发展速度惊人，中国的产量以每年近翻番的速度增长，年递增达50%。
中国蓄电池行业近十几年进入快速发展时期，经过技术改造和设备更新，很大程度上提升了行业的整体技术水平。多数产品的质量与国际同类产品基本处于同一水平，传统的蓄电池通过技术改进，已经采用了密封免维护及新型纳米胶体电解液、石墨烯等新技术发展。特别是我国自主创新的电动自行车蓄电池产品、在深循环动力电池制造技术方面超越了欧美、日韩等先进工业国家，处于领先水平。
近几年来我国的铅蓄电池新产品不断面世。新型管式电极的纳米胶体铅酸蓄电池已在储能、低速纯电动车上批量应用，使用寿命和可靠性大幅度提高；改良型的AGM铅蓄电池除在低速纯电动车上批量使用外，已在多款轻、微混的HEV上进行批量生产；许多规模以上的大型企业通过自主研发技术、采用先进设备制造技术已大规模生产卷绕式铅蓄电池及新型汽车用启停蓄电池，并在各类大型工程车上及多款国产或合资品牌的轻混HEV上得到应用、新型汽车用启停蓄电池达到世界先进水平、起动寿命已达到11万次，远高于普通AGM电池2万次的水平。
铅酸蓄电池在电动车上应用的未来展望
铅酸蓄电池的发展趋势
在未来汽车电池以及电动车领域，铅酸蓄电池由于成本低、技术成熟，使用安全等优势其发展后劲不可小视，由于以上优点在未来的汽车、电动车用蓄电池铅酸蓄电池是优先推广的产品之一，早在2010年美国就对外界宣布了美国投入24亿美元支持蓄电池技术负发展的48个项目，用于发展下一代新型电池和电动车用蓄电池的研制与生产，其中有近10亿美元用于支持铅蓄电池的项目，主要针对研究新型铅炭电极的先进铅蓄电池以及开发新型纳米材料的“新型超级”铅蓄电池。
我国在“十三五”规划里，已就光伏新能源储能用蓄电池的应用以及新能源汽车电池的发展作为未来五年国家重点培育发展的七大战略产业。根据我国光伏新能源电池应用协会的调查，未来10年仅光伏储能用蓄电池市场空间约1000亿元以上，近几年来，卷绕式、双极性、石墨烯材料、超级电池等新型铅蓄电池相继面世或产业化，必将迎来铅酸蓄电池的倍增高峰。据江森自控能源动力战略分析部门给出的预测；汽车启停技术（微混车）以及低速电动车最理想电源是铅酸蓄电池，2025年全球市场需求量将达到3500万套。随着铅酸蓄电池新技术的应用，新型技术的铅酸蓄电池在汽车、新能源电动车以及电动车上的应用具有显著的性价比优势，市场前景十分广阔。
铅酸电池主要性能优势体现在6个方面
①是实现工业化生产时间最长、技术最成熟的电池，性能稳定、可靠，应用领域众多；
②采用稀硫酸作电解液，无可燃性，电池采用常压或低压设计，安全性好；
③工作电压较高、功率特性好、工作温度范围宽，适用于HEV等高倍率放电应用；
④能浮充使用，浅充浅放性能优，无记忆效应，适用于UPS、可再生能源储能等领域；
⑤大小型号电池技术成熟，能制成安时级以下和数千安时的各种规格的电池；
⑥原材料价格性价比高、使用安全、可以进行回收再利用。
由于我国的交通体系特殊性、陆地上各种交通工具并存在、除了高铁、汽车外、还有各种低速交通工具（如；低速四轮车、三轮车、二轮电动车）等的保有量非常巨大、仅电动二轮车就有近4亿辆、低速四轮车、三轮车也有5000万辆以上，如果80%使用铅酸蓄电池的话、铅酸蓄电池的用量将是一个巨大的市场。
铅酸电池智能化
1、电池管理系统（BMS）；2、车辆中控ECU系统； 3、声音、光报警系统； 4 、远程监控系统；5、充放电智能管理系统。
由于铅酸蓄电池具有技术成熟，性能稳定、低成本低廉、使用可靠等优点，不仅应用于各行各业、特别是在中国电动车行业几乎垄断了电动车用蓄电池市场20余年，这主要得益于铅酸蓄电池在成本性价比和使用安全性上的优势。 铅酸电池即便出现鼓包也不会产生起火爆炸等高危情况，虽然这几年锂离子电池不断的加大投入、但是铅酸蓄电池在低速电动车、电动二轮车上实际使用还是占绝对的市场份额。
这几年由于电动摩托车GB24155-2020《电动摩托车和电动轻便摩托车安全要求》及电动自行车GB42295-2022《电动自行车电气安全要求》两个强标的实施、对电动车的安全提出了更严格的要求、针对电池的使用提出了更高的安全要求，这使得电动车产品在使用蓄电池方面有了更严格的规定、由于铅酸蓄电池的使用安全性及良好性价比和可回收再利用的优势，将是电动车行业以及广大电动车使用者的首选产品。
各种蓄电池的性能特点以及价格成本
各种不同类型电池特点对比
锂离子电池在电动车上的应用现状
锂电池在两轮车上的应用
电动自行车应用情况：主要用于小包车，传统简易款占比较少。
2023年1-8月，电动自行车完成产量2659万辆，锂电配置占比约15% 3.83GW/H。
存在问题：安全性差；温度适应性差；使用要求高；充电焦虑；电池价格高。
电摩应用情况：电摩占比较少，主要用于电动自行车和电轻摩。
2023年1-8月，电动摩托车产销1028万辆 ，锂电配置占比约8% 0.98GW/H。
存在问题：安全性差；温度适应性差；使用要求高；充电焦虑；电池价格高。
锂离子电池在电动车上应用的未来展望
由于采用新能源电池的应用行业越来越多、锂电池行业也在不断的提高生产规模及产量、同时为了提高锂电池的性价比、锂电池行业也加大原材料的研究、加强针对锂电池的安全性研究、锂电池的性能也越来越好。根据研究机构EVTank发布的《中国锂离子电池行业发展白皮书(2023年)》显示，2022年，全球锂离子电池总体出货量957.7GWh，同比增长70.3%。中国锂离子电池出货量达660.8GWh，同比增长97.7%，超过全球平均增速。强劲的市场增长不仅顺应了低碳环保的发展理念，更推动了我国在锂电池技术研发领域突破创新，并且已经形成一定的产业优势。锂电技术是未来新能源领域重要技术之一，它具有高能量密度、重量轻、体积小等特点，被广泛应用于电动汽车、储能、消费电子等领域。
锂电池技术发展的现状
锂离子电池经过近二十多年的研究发展和投入使用，在其性能和质量等方面有一定的发展。为了提高电池的能量比、电池材料中的正负极以及相关材料的研究还在不断的创新，目前的锂离子电池的类型主要有钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料、锰酸锂以及新型的钠离子等电池,不同材料均有其优缺点,应用领域等也不尽相同。
1）钴酸锂；能量密度高,但由于钴的毒性较大、资源稀缺、价格昂贵等问题,且其过充安全性能差,目前主要用于3C 数码产品的电池中；
2）磷酸铁锂；原材料价格低廉,循环性和安全性好,但其能量密度较低,主要用于新能源客车、场地物流车以及电动车上；
3）锰酸锂；原材料资源丰富、价格便宜、安全性好,但其循环性叫差,高温工况存在较大衰减,少量用于动力电池中及电动车上；
4）三元材料；是由镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等多元材料组合的,电池能量密度较高,作为动力电池大量用于乘用车以及场地物流车以及电动车上；
5）钠离子电池是一个新型材料的电池、原材料资源丰富、价格便宜、安全性好、电池能量密度降低、目前正在电动汽车、场地物流车以及电动车行业小批验证性。
新型锂电池的发展方向
新型材料的锂离子电池：采用磷酸铁锂材料+石墨烯和磷酸铁锰锂等高比能量的正极材料；动力电池单体比能量达到220 W·h/ kg,达到国际先进水平,具有良好安全性和性价比。
新型三元锂离子电池：高容量三元材料及富锂氧化物、硅碳复合材料的研究应用使电池设计的关键技术得到了发展,预计2024可初步实现产业化,动力电池单体比能量达到350 W·h/ kg,电池系统达到250 W·h/ kg 以上。
新体系电池的研究：目前我国在富锂锰基固态电池、锂硫电池、锂空气电池、全固态电池都在加大投入研究。其中锂硫电池系统比能量达到了400 W·h/ kg,整体保持与国外先进水平同步发展。
锂电池在电动车上应用的市场现状
两轮车锂电化趋势及锂电池性能要求
新能源电动车将成为未来行业发展的必然趋势
提升锂电池质量与性能以及安全性是重点！
⑴ 三元锂电池材料
优点：能量密度高，耐低温。在同等规格，成组工艺接近时，三元锂电动车跑得更远。同时，如在北方市场，温度较低的冬天，三元锂要比磷酸铁锂更耐用。
缺点：安全性不及磷酸铁锂。
⑵ 磷酸铁锂电池优点：安全性好，循环寿命长，原材料资源丰富，成本低、不造成环境污染。
缺点：能量密度略低、低温环境表现欠佳，体积重量大。 因其使用寿命更长，成本要低一些，安全系数也要高一些。同是48V12A，磷酸铁锂的块头要大于三元锂。新国标对于整车重量的要求，在一定程度上限制了磷酸铁锂的市场空间。
电动汽车锂电化趋势及锂电池性能要求
锂电趋势：安全第一的原则，兼顾性能、成本与寿命等指标
根据汽车行业“节能与新能源汽车技术路线图”，2025年，纯电动汽车用锂电池电池单体比能量要达350Wh/g。
两轮车锂电化趋势及锂电池性能要求
锂电池在电动车上应用的未来展望
两轮电动车的动力电池表现主要依托于主流电池技术的发展水平
目前我国两轮电动车仍以铅酸电池为主，但锂离子电池正在加速发展，尤其是倍率性能更好，制备比较容易，低温性强的磷酸铁锂电池在两轮电动车中逐渐大量使用。
在新型材料电池方面，具备材料成本较低、安全性高、能量密度适中、高低温性能优异、充电效率高等优点的钠离子电池技术已得到基本验证，随着产业上游材料、PACK等环节企业的入局，钠离子电池在汽车、两轮电动车上的应用值得期待。
目前，中国两轮电动车在动力电池上分为三类:铅酸电池、锂电池、氢燃料。市面上销售的两轮电动车以铅酸电池为主具备技术成熟，价格便宜，可回收利用率高等特点，锂电池在两轮电动车中的渗透率平均不足10%，其主要原因有:
1) 锂电池技术门槛高，成本高、安全性问题；
2) 锂电池产业链不完善，回收以及售后服务环节不足；
3)消费者价格敏感，对锂电池动力的需求不够强烈。与铅酸电池相比，虽然锂电池拥有寿命长、质量轻、绿色环保、能量密度大等优点，但是锂电池要提高在两轮电动车中的渗诱率还需要进一步拓展；
4）氢燃料电池目前正在验证阶段、还需要大量的验证数据、近几年不会大量应用。