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為什么電動掃地車多使用免維護鉛酸電池兒不用鋰電池?

發布時間:2017-12-30 09:45 點擊: 字號:

        國內的電動掃地車廠家主要以鉛酸電池和鋰電池這兩種電池作為動力源,以鉛酸電池當中主要是使用免維護鉛酸蓄電池。

        免維護鉛酸電池,顧名思義較大的特點就是“免維護”。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點,具有高性能、長壽命、無污染、免維護、安全可靠的卓越性能。與傳統蓄電池相比,免維護鉛酸蓄電池的電容可以在-30℃~+60℃的環境溫度下工作,同時還具大電流放電、內阻低、超長壽命等優勢,基本滿足了電動掃地車的使用需求。由于免維護鉛酸蓄電池采用鉛鈣合金柵架,充電時產生的水分解量少,水份蒸發量低,加上外殼采用密封結構,釋放出來的硫酸氣體也很少,所以它與傳統蓄電池相比,具有不需添加任何液體,對接線樁頭、電線腐蝕少,抗過充電能力強,起動電流大,電量儲存時間長等優點。

        鋰離子電池相對鉛酸電池具有能量密度高,體積小,重量輕等特點,為什么在電動掃地車領域上沒有大規模推廣呢?這主要是因為鋰離子電池的安全性還有待提升,暫時難以滿足電動掃地車的苛刻的使用要求。

        鋰離子電池安全事故主要是由電極和電解液之間的反應引起的。電解液含有機溶劑,是一種極易燃燒的物質。在如過充、過熱和短路等情況下,正極材料穩定性較差,易釋放出氧氣,恰恰有機溶劑易和氧氣發生反應放出大量熱和氣體,產生的熱量會進一步加劇正極的分解,造成惡性循環;當溫度達到電解液燃點時,電解液就會燃燒,如果此時電池處于封閉狀態,生成的大量氣體會是電池內部壓力迅速升高導致爆炸。

        1 需求

        目前鋰離子電池主要應用在手機、平板電腦等3C類電子產品領域,在已經商業化的電池中具備較高的能量密度,但是仍然不能滿足人們的需求,為什么?歸結起來一句話,有限的空間內塞不進去更大的電芯。鋰離子電池自1990年索尼公司商業化以來雖然在制造工藝和研發新材料方面不斷進步,但是其反應機理和商業化的正負極材料(石墨和鈷酸鋰)基本沒有發生本質的變化。所以相對于電子產品遵從摩爾定律的升級速度來說顯然跟不上腳步,但是人們對3C產品的體積、重量又有著嚴格的要求,所以能夠提供給電池的空間有限,故只能在續航上做出讓步;
        但是電動掃地車則不同,他能夠提供足夠大的電池存放空間,雖然鋰離子電池具有較高的能量密度,但是為了節省掉那一點點空間而更改全套的供電和用電系統,這顯然是一個費事耗力的事情,需要一系列的用電零部件配合;從成本上來說不劃算,在空間成本和相關配套元件的更改成本選擇上,電動掃地車廠商更愿意選擇前者,畢竟這么點空間相對整個電動掃地車來說并不是多大的事情。
所以從需求程度上來說,廠商對啟動電源更換為鋰離子電池的意愿并不強烈。
 
        2 性能
        盡管大家都公認鋰離子電池有一統江湖的趨勢,但是至少在兩個方面他是弱于鉛酸電池的,而這兩點在電動掃地車啟動電源上更是招招致命:低溫性能和大電流性能。
首先說低溫性能,鉛酸電池在低溫下的放電性能其實還是很不錯的,在-10℃的溫度下以10C倍率放電時,10V以上的電壓保持時間能夠大于90s,這足以應付中國絕大多數地區的惡劣環境;而鋰離子電池的低溫性能要差上許多,尤其是呼聲較高的LiFePO4(磷酸鐵鋰)材料,其低溫下的放電性能將會急劇衰減,在東北和西北地區很難實現實際應用,或者說距離實際應用還有很遠的路要走。
其次是大電流特性,電動掃地車在啟動時的瞬間電流大。就目前的鋰離子電池正負極材料石墨和鈷酸鋰而言,二者都不屬于高功率型的負極材料,在高倍率下性能急劇下降;而當前研究比較成熟的高功率型負極材料Li4Ti5O12(鈦酸鋰)和正極材料LiFePO4,他們自身又存在很大的硬傷,前者是脹氣,后者則是批次性和低溫性能差,二者都會導致電池性能的快速衰減,還有可能帶來安全隱患。
 
        3 安全性
        啟動電源使用在電動掃地車上大都是固定在發動機艙的位置,且具有較高的密閉性,因此安全性對電動掃地車來說至關重要,幾百安的電流瞬間釋放出來所帶來的熱量和潛在危險不言而喻。
 
        鉛酸電池的安全性在目前的電池系統里屬于極高的等級,首先,大電流性能優異意味著電池不容易發生意外;其次,即便發生意外,正負極材料都是鉛的化合物,而電解液還是硫酸溶液,三者都不易燃,只能是導致周圍的零部件燃燒。
 
        而鋰離子電池的負極材料是石墨,碳材料的一種,易燃性就不需要多說了。電解液是酯類溶劑和鋰鹽,酯類溶劑不僅易燃而且還有極強的揮發性(實驗室開關手套箱所帶來的芳香氣味大都拜它所賜),一旦大量放熱或者在電動掃地車碰撞時容易發生燃燒甚至爆炸,將事故推高一個等級,后果不堪設想。同時,還有一個重要的因素不可忽略,鋰離子電池在大電流放電時容易在負極形成鋰枝晶,刺穿隔膜導致電池內部短路進而爆炸,這在鋰電界是一個共識。其實其他的問題還有很多,比如電池長期處于高荷電態(SOC)下帶來的電極材料穩定性等也是一個較大的問題,目前關于其研究還不多,許多機理還不清楚,等等,鋰離子電池的安全性問題太多了,在這里就不一一說明了。
 
        4 成本
        在成本上看,鉛酸電池的成本毫無疑問是很低的,無論是電極材料,電解液還是裝配環境要求等都遠遠低于鋰離子電池。
        就電極材料而言,鋰離子電池電極材料大都需要復雜的工藝制備,且要經過一個高溫熱處理過程(石墨化溫度大于2000度,正極材料也大都需要七八百度),成本大都在15-20w/噸以上,石墨可能會低一些;鉛酸電池使用的氧化鉛和硫酸鉛相對來說成本會低很多。電解液的話鋰離子電池使用多個酯類溶劑價格較高,而且對含水量有嚴格的要求,大都在幾十個ppm以內,電解質鹽六氟磷酸鋰不僅貴而且還容易分解,造成危險,分解產物之一就是恐怖的HF,百度一下即可知道它的危害!而鉛酸電池則是硫酸溶液,這個就不需要多說了吧。
 
        5 環境
        目前社會上的呼聲大都說鉛酸電池污染環境,鋰離子電池對環境友好等,其實這是一個很大的誤區,之前由于南方小鉛酸電池廠太多不注意環保而大肆排放,而且加上國家想要縮減鉛酸電池的規模,大力發展新能源,因此媒體的論調也有較強的針對性,實際并非如此。
 
        目前鉛酸電池相對于鋰離子電池而言做得較好的部分就是回收機制。現在鉛酸電池主要應用在電動自行車和啟動電源領域,這兩個領域都有很強的針對性,那就是用戶在換電池時都回到專門的店里去更換,為什么?可以把舊電池折成錢買新的啊!根據我的觀察,廣大的縣城鄉鎮電動自行車主基本都有這樣的意識,電動掃地車更不必說。這些廢舊的電池基本都會再回到專門的鉛板回收工廠進行二次處理重新制備電極材料。
 
        鋰離子電池你見過有專門的機構回收再用來制備電極材料嗎?不好意思,我沒見過。
        原因如下:
        第一,鋰離子電池應用領域太廣,這就決定了他的回收難度;
        第二,鋰離子電池大都是小型的,平常大家手機或者mp3等不用了大都是直接扔了或者賣了,這些電池接下來基本都躺在了垃圾桶里面,雖然鋰離子電池里面重金屬較少,只有正極材料含有鈷金屬,但是扛不住全世界這么大的用戶體量啊,長期來看,這還是個問題,不過目前并沒有機構很重視這個問題,國家應該在這個問題上會越來越重視的。
 
        所以總的來看鉛酸電池只要在制造過程中注意好相關的環保措施是沒有問題的,因為在使用中都是密封免維護的,終了又會有相對應的回收機制。

        電動車的動力電池都是電池包,即由幾十或上百個單體電池串、并聯而成,假設單體電池是安全的,它們之間的連接電路和控制電路也難逃其咎,更何況每個電池的統一性也不好判斷,就像兩條兒相同且沒有質量問題的內存,也會出現不兼容的情況一樣。

        所以現階段,國內的電動掃地車還是以免維護鉛酸電池作為動力源為主,隨著鋰電池以及其他能源電池技術的飛速發展,安全性不斷提高,相信在不久將來,大家可以看到更多新的電池技術應用到電動掃地車上。

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