铅酸电池和锂离子电池在车辆领域的应用

（1）铅酸电池 铅酸电池自1859年发明以来，其使用和发展已有150多年的历史。铅酸电池广泛用作内燃机车辆的起动动力源，也是成熟的车辆蓄电池。由于其比能量、深放电循环寿命、快速充电等方面均比镍氢电池、锂离子电池差，不适合用作车辆行驶动力源。但由于其价格低廉，国内外将它的应用定位在速度不高、路线固定、充电站设立容易规划的车辆上。铅酸电池的主要发展方向是提高比能量，增大循环使用寿命。

铅酸蓄电池分为免维护铅酸蓄电池和阀控密封式铅酸电池。免维护铅酸电池具有自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点，使用寿命一般为普通铅酸电池的两倍。市场上的免维护铅酸电池有两种：一种是在购买时一次性加电解液，以后使用中不需要添加补充液；另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能添加补充液。

阀控密封式铅酸电池在使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾。电池盖子上设有溢气阀（也叫安全阀），该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值，即当电池内部气压升高到一定值时，溢气阀自动打开，排出气体，然后自动关闭，防止空气进入电池内部。

铅酸电池正负电极分别为二氧化铅和铅，电解液为硫酸。铅酸电池又可以分为注水式铅酸电池和阀控式铅酸电池两类。前者价廉，但需要经常维护，补充电解液；后者通过安全控制阀自动调节密封电池体内在充电或工作异常时产生的多余气体，免维护，更符合车辆的要求。

总体上说，由于铅酸电池具有可靠性好、原材料易得、价格便宜、技术比较成熟等优点，经过进一步改进后的铅酸电池仍将是近期车辆的主要电源。

小型铅酸电池主要用于便携式家用电器、计算机和小型不间断电源。中型铅酸电池多用于起动、照明、点火等。而大型铅酸电池也广泛应用于邮电通信、瞬时备用电源、大型UPS电源、太阳能和风能发电系统的配套能源，在负载调峰用电方面也有较多应用。同时，铅酸电池在国内广泛应用于电动自行车、电动客车等。

目前正在开发的车辆用铅酸蓄电池主要有水平密封铅酸蓄电池、双极型密封铅酸蓄电池、卷式电极铅酸蓄电池等。近年来，铅酸蓄电池的性能大大提高：容量为1～20kA·h，质量比能量为30～45W·h/kg，体积比能量为80W·h/L，循环使用寿命约为250～1600次，无记忆效应。铅酸电池作为车载动力，占有主要的市场。

今后铅酸电池应由少维护向免维护方向发展，应向提高产品的综合性能、绿色环保方向发展，特别是提高密封铅酸蓄电池的可靠性。

（2）镍镉电池 目前在车辆上使用的镍金属电池主要有镉镍电池和氢镍电池两种。镍镉电池是一种碱性蓄电池，其比能量比铅酸电池高，比功率超过190W/kg，可快速充电，循环使用寿命较长，可达到2000多次。

镍镉电池的应用仅次于铅酸电池，主要应用于通信工具、电动工具、数码仪器等仪器。航空碱性镍镉电池是飞机、直升机的机载应急电源。镍镉电池的性能在不断地提高，它作为空间飞行器电源系统主要的储能装置，占据着空间储能电源的主导地位。

目前镍镉电池正向两个方向发展：一是向高比容量方向发展，与镍氢电池和锂电池争夺市场；一是向低成本方向发展。

但由于镍镉电池含有重金属镉，使用中要注意做好回收工作，以免重金属镉造成环境污染，这严重制约了它的发展。

（3）镍氢电池 镍氢电池是20世纪90年代发展起来的一种新型电池。镍氢电池是一种碱性蓄电池，其正极活性物质主要是镍，负极活性物质主要是储氢合金。镍氢电池按照外形分为方形镍氢电池和圆形镍氢电池。

镍氢电池应用较为广泛，凡是应用镍镉电池的领域均可使用镍氢电池。镍氢电池可装配成多种电池组，可以满足电子设备日益增长的便携性需求。应用前景限定在不严格计较质量的重负载应用领域，如混合动力电动车辆、纯电动车辆、军事野营用电、抗灾现场用电等方面。

目前，在车辆领域，镍氢电池是商用化的主流，包括全球销量最高的丰田普锐斯在内的混合动力车辆都普遍使用了镍氢电池。从产业周期来看，镍氢电池已经进入成熟期，形成了规模化生产，具有价格上的优势。它也是目前混合动力车辆所用电池体系中唯一被实际验证并被商业化、规模化生产的动力电池。

镍氢电池具有高比能量、高功率、适合大电流放电、可循环充放电、可密封设计、无污染等优点，被誉为“绿色环保电源”。

1）比功率高。目前商业化的镍氢功率型电池能做到1350W/kg。

2）循环次数多。目前应用在车辆上的镍氢电池，80%放电深度（DOD）循环可以达1000次以上，是铅酸电池的3倍以上；100%DOD循环寿命也在500次以上，在混合动力车辆中可使用5年以上。

3）无污染。镍氢电池不含铅、镉等对人体有害的金属。

4）耐过充过放能力强。

5）无记忆效应。

6）使用温度范围宽。正常使用温度范围-30～55℃；储存温度范围-40～70℃。

7）安全可靠。短路、挤压、针刺、安全阀工作能力、跌落、加热、耐振动等安全性及可靠性试验，无爆炸、燃烧现象。(www.xing528.com)

镍氢电池的基本单元是单体电池，单体电压为1.2V，按使用要求组合成不同电压和不同电荷量的镍氢电池总成。

（4）锂离子电池 锂离子电池是20世纪90年代发展起来的高容量可充电电池，它能够比镍氢电池存储更多的能量，且比能量大，循环寿命长，自放电率小，无记忆效应、无环境污染，是当今各国能量存储技术研究的热点。锂离子电池的研究主要集中在大容量、长寿命和安全性三个方面。目前锂离子电池的发展势头极为迅猛，在车辆、航空、航天、航海和军事领域对锂离子电池的应用研究也正在积极开展。目前锂离子电池最热门的应用是车辆领域。

锂离子电池的优点主要包括：

1）工作电压高。锂离子电池工作电压为3.6V，是镍氢电池工作电压的3倍。

2）比能量高。锂离子电池比能量已达到150W·h/kg，是镍氢电池的1.5倍以上。

3）循环寿命长。目前锂离子电池循环寿命已达到1000次以上，在浅充、浅放条件下可达几万次。

4）自放电率低。锂离子电池的自放电率仅为6%～8%，远低于镍氢电池（15%～20%）。

5）无记忆性。可以根据要求随时充电，而不会降低电池性能。

6）对环境无污染。锂离子电池中不存在有害物质，是名副其实的“绿色电池”。

7）能够制造成任意形状。

锂离子电池的缺点主要包括：

1）成本高，主要是因为正极材料LiCoO₂的价格高，但按单位瓦时的价格来计算，已经低于镍氢电池，与镍镉电池持平，但高于铅酸电池。

2）必须有特殊的保护电路，以防止过充。

（5）锌空气电池 锌空气电池是以空气中的氧气为正极活性物质，金属锌为负极活性物质的一种新型化学电池。锌空气电池是一种半电池半燃料电池。首先，负极活性物质同铅酸电池一样封装在电池内部，具有电池的特点；其次，正极活性物质来自电池外部的空气中所含的氧，理论上有无限容量，是燃料电池的典型特征。

锌空气电池具有高比能量（200W·h/kg）、价格低、性能稳定、放电平稳、储存寿命高、清洁安全可靠、无污染等优点，但是其具有比功率较小（90W/kg），不能存储再生制动的能量，寿命较短，不能输出大电流及难以充电等缺点。一般为了弥补它的不足，使用锌空气电池的车辆还会装有其他电池以帮助起动和加速。

表4-2为几款主流电池的技术参数对比情况。可以看出，由于锂离子电池具有工作电压高、比能量大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、无污染等优点，已成为电动车辆生产厂家的首选。

表4-2 几款主流电池的技术参数

表4-3为各款电池价格的对比及发展趋势。

表4-3 电池价格对比及发展趋势