電動自行車用電池的發展現狀及趨勢

文/本刊編輯部

隨著我國經濟、社會的快速發展和居民生活水平的不斷提高，居民出行距離逐年增加，基于私家汽車成本高出大多數普通居民的購買力，而公交系統又不能完全保障居民的各種出行需求，加之很多城市對摩托車進行限制，以電池為動力的電動自行車悄然進入居民的日常生活，越來越受到普通居民的歡迎，逐漸發展成為城鄉道路交通中不可忽視的交通工具，在很短的時間內實現了產業化并對人民群眾的社會生活產生了重大影響。

電動自行車在使用上具有靈活、方便、節能、無噪音、無污染、經濟耐用等優點，適宜于較長距離的出行，且電動自行車與其他現有的交通工具相比更方便、更經濟、更舒適。電動自行車的廣泛使用，不僅在減少環境污染、保護環境方面具有深遠意義，還能滿足老百姓在經濟上的購物要求及國內大多數人們的出行要求，最重要的是電動自行車的出現符合國家節能減排的方針政策。此外，電動自行車還能幫助人們進行適宜的運動，從而提高身體素質，是一種多功能的代步工具。所以，無論從國家提倡的節能減排政策角度，還是從服務大眾的角度看，電動自行車的發展前景都很廣闊。基于我國是自行車大國，以前我國主要的出行工具是腳踏自行車，隨著全國農村道路改建及城鄉居民收入水平的提高，及對外出交通工具提出的更高要求使得電動車逐漸成為大街小巷普通大眾熱愛的交通工具，致使目前電動自行車快速增長，并在體積、外形及電池種類等方面不斷改進，越來越得到大眾的喜愛，小小的電動自行車為解決我國的城鎮交通問題做出了重大貢獻。目前，我國的電動自行車主要是采用蓄電池作為動力，常用于電動自行車的蓄電池主要有：鉛酸電池和鋰離子電池。

1.鉛酸電池

鉛酸蓄電池是已有100多年歷史的老產品，由于其能量較低且鉛是有一定毒性的材料，因此有些人認為鉛酸蓄電池是落后、過時、有污染的產品，前途不大，只是過渡性產品，生命期不會長。尤其是近年來鋰離子蓄電池快速發展，鉛價上漲很多，所以有人認為電動自行車用閥控鉛酸蓄電池的生命期不長了，也許只有2～3年。筆者認為這種觀點過于悲觀，不一定正確。

（1）鉛酸蓄電池的優點

鉛酸蓄電池具有以下優點：性能合適、價格便宜、技術和制造工藝較成熟、安全可靠、材料來源豐富、防污染治理技術成熟有效、資源回收技術成熟且效率高。經市場檢驗、歷史考核，鉛酸蓄電池仍是目前世界上電池產品中銷售額最大的產品，占 60 %以上。

近年來中國電動自行車用閥控鉛酸蓄電池的水平也有很大改進提高。以 DZM-10 型電池為例：①2 h率比能量可達到 35～37 Wh/kg。10年前制定的上海市地方標準《電力助動車專用蓄電池》（DB31/202—1997）中，對鉛酸蓄電池比能量要求是5 h率達到30 Wh/kg。②壽命性能有明顯的提高。表現為：達到指標的廠家數量明顯增加；電池組最高的循環壽命已超過600次，能達到606次循環，放出總容量為6 151 Ah，相應累計行駛里程約24 600 km，按折算可使用2 年以上。③無鎘電池（正極為Pb-Ca-Sn-Al合金）總體性能優于有鎘電池（正極為 Pb-Sb-Cd 合金），尤其是 DZM-20 型電池。

（2）鉛酸蓄電池的主要缺點

鉛酸蓄電池的主要缺點是太重。就此而言，在輕量型或折疊型電動自行車上，鋰離子蓄電池有明顯的優勢。但是，市場需求是多樣化的。鑒于我國的國情，普及型、載重型和輕摩型電動自行車有很大的市場，對它們而言，電池的價格和性價比是主要選用指標，重量是次之的。正是這樣，閥控鉛酸蓄電池所占份額保持在95%以上。即使鋰離子蓄電池在電動自行車上實現了商業化，閥控鉛酸蓄電池還將保持它在電動自行車上應有的地位，很難被完全取代。保守地講，它的生命期至少還有 5～10 年，甚至更長。

2.鋰離子電池

鋰電池是20世紀60年代以后發展起來的新型高能量電池。鋰電池不含有液態電解質，是指用含鋰的金屬或者合金作為陰極材料。愛迪生發明了最早的鋰電池，但是鋰電池一直沒有被廣泛的應用。因為鋰是一種化學性質很活潑的金屬，它的生產、保存、應用，對環境要求很苛刻。但是在科學技術高速發展的今天，鋰電池的應用已經成為了主流。

（1）電動自行車用鋰離子蓄電池的發展歷程

剛開始研制的電動自行車用鋰離子蓄電池像普通手機電池一樣采用鈷系列正極材料。雖然比容量較高，但是安全性較差，特別是電動自行車電池容量大（大于8 Ah），電池組電壓高（24～48 V），單體電池數量多（7～15 個），多次出現燃燒、起火現象。此后研究的安全型電動自行車用鋰離子蓄電池主要是采用錳系列正極材料，采用的錳系列正極材料有Mn，Co，Ni 三元混合型和尖晶石Li Mn2O4型，用混合型正極材料的電池雖然容量較高，但安全性仍有隱患。此型電池的主要缺點是循環性能差，尤其是在 50 ℃高溫下。1997 年發現橄欖石型磷酸鐵鋰為鋰離子蓄電池正極材料。其優點是：成本低、安全性好、壽命長、資源豐富。磷酸鐵鋰的結構及特性決定它有更好的安全性和更長的壽命。在目前新開發的材料中磷酸鐵鋰的安全性最好，已有 55 Ah，120 Ah 的大型電池通過了各種安全性考核試驗。磷酸鐵鋰電池的循環壽命可達到1 000次以上，12 Ah的電池經歷了1 500 次循環后容量還有82.58%和 84.45%。采用磷酸鐵鋰的鋰離子蓄電池是被認為是現今最合適的電動自行車用鋰離子蓄電池。

（2）鋰電池的優點和缺點

鋰電池主要優點是：比能量相當高，質量小，額定電壓高（單節電池電壓可達 3.7 V或3.2 V），綠色環保，不含有任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質；自放電率很低，這是該電池最突出的優越性之一；使用壽命長，使用壽命可達到 6 年以上；高低溫適應性強，具備高功率承受力；生產基本不消耗水，對缺水的我國來說，十分有利。鋰電池的缺點：所有鋰電池都有發生爆炸的危險；所有鋰電池都需保護措施；因為電池會被過充、過放電；成本高。

正是基于以上鋰電池的種種優點：主要是環保，能量比大，質量輕，其在現代社會中，尤其是在電動自行車中逐漸替代了鉛酸電池以及其他電池。鋰離子電池雖然具有高容量與長壽命的優勢，但是在充放電方面則需特別注意，因此所有可充電鋰離子電池都需要配置其“充放電管理 IC”，用以限制充電及放電電壓，以確保不超過安全電壓致電池爆炸，當電池電壓低于 2.5 V 切斷輸出，避免電池壽命縮短。

3.電動自行車對電池行業發展提出的要求

（1）加快新型電池的研發

面對石油漲價，電動自行車行業曾經對新型燃料電池的研發抱有很高的期望，期望它在不久的將來能夠代替石油而成為個人代步工具的主要動力源。筆者建議電池行業應不斷加快對新型燃料電池及其他新型電池的研發，盡快研制出能夠逐步代替石油的動力電池。

（2）合理降低電池的價格

目前，電動自行車行業已經廣泛配置的動力電池主要是新型鉛蓄電池和新型鋰離子電池2大類。新型鋰離子電池因為制造成本等因素，還沒有達到應有的市場占有率，但是筆者堅信，鋰離子電池行業如能依靠科技進步，不斷采用新材料，就一定能不斷降低制造成本，合理降低價格，形成規模經濟，鑄起后起之秀的輝煌。

（3）提高一次充電的續航里程

這個問題涉及到電機、控制器、電池、充電器的性能及相應匹配，這不僅關系到整車的裝配質量，還涉及到良好的騎行習慣、騎行時的環境條件等方方面面。在這里撇開其他因素不談，僅對電池而言，面對電動自行車用動力電池的體積和重量一定的前提下，如何提高電池的容量和比能量，是當下需要研究的課題。筆者相信：電池行業一定能為電動自行車提高一次充電的續行里程作出自己應有的貢獻。

（4）延長壽命 縮短充電時間

希望鉛蓄電池行業企業能依靠科技進步，不斷縮短充電時間，方便消費者。

（5）完善售后服務

要提高企業對售后服務重要性的認識，克服過去那種重銷售輕售后服務的傾向，進一步健全和落實“三包”制度，及時解決售后消費者提出的質量問題，實施售后服務社會化戰略。電動自行車有個特點：當充電站、換電站沒有形成社會化服務體系之前，充電過程所帶來的不便始終困擾每一個騎行者，這也是單純配置動力電池的電動轎車難以實現商業化的因素之一，也是電動車系列發展過程中，選擇電動自行車作為突破口的重要原因。要鼓勵有實力、有條件的民營企業，投資建設充電站、換電站、廢舊電池回收站，對他們給予一定的政策扶持，讓他們在科學經營的基礎上能獲得相應的經濟效益。加強對廢舊電池的回收，制定用戶以舊換新可享受的優惠政策。明確電池生產企業、電動自行車生產企業、經銷商及消費者的職責、義務、權利，實現廢舊電池回收的制度化。

（6）不斷降低自重

原來的電動自行車國家標準中，對電動自行車自重有著嚴格的要求。筆者認為：電動自行車的發展趨勢應該是更加安全、更加環保、更加輕便、更加簡約、更加時尚、更加節能，電動自行車用動力電池，應該為電動自行車不斷降低自重作出歷史性的貢獻。

21世紀是環保的世紀，節能的世紀，隨著環保與節能2大潮流的演繹和發展，電動車系列必將在未來的立體交通系統中扮演重要角色。而電動自行車，是電動車系列走進億萬百姓家庭的切入點。