铅酸电池
铅酸蓄电池是指电极由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。在充电状态下,铅酸电池的正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅;放电状态下,正负极的主要成分均为硫酸铅。
从 1859 年法国科学家Gaston Plante 发明铅酸电池至今,已有150 多年历史,是最早规模化使用的二次电池。铅酸电池已经成为交通运输、通讯、电力、国防、航海、航空等各个经济领域不可或缺的成熟产品。但充电速度慢、能量密度低、循环寿命短、过充电容易析出气体、硫酸溢出会污染环境等方面的问题,也使其并不适宜于应用在电动汽车、新能源发电等领域。
近年来全球很多企业致力于开发出性能更加优异、能满足各种使用要求的改性铅酸电池,主要包括超级电池、双极性电池、铅布水平电池、卷绕式电池、平面式管式电池、箔式卷状电池等。本报告主要针对超级电池和双极性电池做进一步探讨。
超级电池是铅酸电池和超级电容器的组合体,具有充放电速度快,功率密度高、电池寿命长等优点,主要应用于混合动力汽车、并网新能源发电和智能电网。该技术由澳大利亚CSIRO 国家实验室和日本古河电池公司联合发明。此外,美国Axion 公司也在开发类似产品。中国的浙江天能、浙江超威、南都、武汉银泰、浙江汇同、吉林汇能等,也已经开始投入研发。
双极性电池是一种用双极性极板制作的铅酸电池,与普通铅酸电池相比具有更高比能量、高功率性能、长寿命和适合高电压设计的优点。该领域尚处起步阶段,目前只有少数厂家可以生产样品,但均未能大规模生产。美国Arias 和BPC 公司、瑞士爱立康(OERLIKON)公司处于领先,中国的几家传统铅酸电池公司如南都、风帆、双登等都在进行双极性电池的研发工作。
锂离子电池
锂离子电池是以含锂的化合物作正极,在充放电过程中,通过锂离子在电池正负极之间的往返脱出和嵌入实现充放电的一种二次电池。锂离子电池实际上是锂离子的一种浓差电池,当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极,并嵌入到负极材料的微孔中;放电时,嵌在负极材料中的锂离子脱出,运动回正极。
自从 1991 年日本索尼公司首次实现工业化制造至今,根据正极材料和电解质的不同,锂离子电池已经发展出了包括钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、三元材料锂电池、聚合物锂电池等在内的多种电池体系。锂离子电池由于能量密度高、寿命长、自放电小、无记忆效应等优点,已广泛在数码便携产品中获得了应用,并且正逐步进入新能源电动车、储能电站等应用领域。
在各种锂离子电池中:
钴酸锂电池产业化最成熟、产品的能量密度最高,已广泛地应用在手机、笔记本电脑等小型移动设备上。目前日本松下和索尼、韩国三星SDI 和LG 化学、中国BYD、力神和比克等多家企业,几乎控制了全球的钴酸锂电池行业,其中日本企业占据了高端市场,中国企业占据了低端市场。出于对安全的考虑,钴酸锂电池不适合做大功率和大容量的应用。
锰酸锂电池有低成本、高性能的优势,产品安全性较钴酸锂电池高,是热门的电动汽车电池备选技术,在全球的动力电池领域占有重要地位。日本企业在锰酸锂电池领域开发应用最早,技术最为领先,包括Sony、Sanyo(已和松下合并)和日产AESC 公司等都在大力发展锰酸锂电池;韩国企业在此领域投入巨大,紧跟日本企业,三星SDI 和LG 化学已经具备相当的实力。由于对生产工艺要求较高,中国大多数企业没有选择在此领域投入,目前国内只有国安盟固利等少数企业坚持发展该技术。
磷酸铁锂电池具有长寿命、低成本以及高安全性等优势,是目前最热门的电动汽车电池技术之一,也是电力储能系统的热门候选技术之一。由于产品生产工艺相对容易,磷酸铁锂电池在中国获得了高度的发展,无论是民间和政府都对该技术寄予厚望,代表性企业包括BYD、比克、力神等等。但是,从产品性能上看,北美企业的产品目前仍然全球领先,标志性企业是美国A123 公司,该公司的产品在低温性能、倍率性能、循环寿命等方面,还明显领先于其他企业的产品。