电动自行车用电池的发展现状及趋势

文/本刊编辑部

随着我国经济、社会的快速发展和居民生活水平的不断提高，居民出行距离逐年增加，基于私家汽车成本高出大多数普通居民的购买力，而公交系统又不能完全保障居民的各种出行需求，加之很多城市对摩托车进行限制，以电池为动力的电动自行车悄然进入居民的日常生活，越来越受到普通居民的欢迎，逐渐发展成为城乡道路交通中不可忽视的交通工具，在很短的时间内实现了产业化并对人民群众的社会生活产生了重大影响。

电动自行车在使用上具有灵活、方便、节能、无噪音、无污染、经济耐用等优点，适宜于较长距离的出行，且电动自行车与其他现有的交通工具相比更方便、更经济、更舒适。电动自行车的广泛使用，不仅在减少环境污染、保护环境方面具有深远意义，还能满足老百姓在经济上的购物要求及国内大多数人们的出行要求，最重要的是电动自行车的出现符合国家节能减排的方针政策。此外，电动自行车还能帮助人们进行适宜的运动，从而提高身体素质，是一种多功能的代步工具。所以，无论从国家提倡的节能减排政策角度，还是从服务大众的角度看，电动自行车的发展前景都很广阔。基于我国是自行车大国，以前我国主要的出行工具是脚踏自行车，随着全国农村道路改建及城乡居民收入水平的提高，及对外出交通工具提出的更高要求使得电动车逐渐成为大街小巷普通大众热爱的交通工具，致使目前电动自行车快速增长，并在体积、外形及电池种类等方面不断改进，越来越得到大众的喜爱，小小的电动自行车为解决我国的城镇交通问题做出了重大贡献。目前，我国的电动自行车主要是采用蓄电池作为动力，常用于电动自行车的蓄电池主要有：铅酸电池和锂离子电池。

1.铅酸电池

铅酸蓄电池是已有100多年历史的老产品，由于其能量较低且铅是有一定毒性的材料，因此有些人认为铅酸蓄电池是落后、过时、有污染的产品，前途不大，只是过渡性产品，生命期不会长。尤其是近年来锂离子蓄电池快速发展，铅价上涨很多，所以有人认为电动自行车用阀控铅酸蓄电池的生命期不长了，也许只有2～3年。笔者认为这种观点过于悲观，不一定正确。

（1）铅酸蓄电池的优点

铅酸蓄电池具有以下优点：性能合适、价格便宜、技术和制造工艺较成熟、安全可靠、材料来源丰富、防污染治理技术成熟有效、资源回收技术成熟且效率高。经市场检验、历史考核，铅酸蓄电池仍是目前世界上电池产品中销售额最大的产品，占 60 %以上。

近年来中国电动自行车用阀控铅酸蓄电池的水平也有很大改进提高。以 DZM-10 型电池为例：①2 h率比能量可达到 35～37 Wh/kg。10年前制定的上海市地方标准《电力助动车专用蓄电池》（DB31/202—1997）中，对铅酸蓄电池比能量要求是5 h率达到30 Wh/kg。②寿命性能有明显的提高。表现为：达到指标的厂家数量明显增加；电池组最高的循环寿命已超过600次，能达到606次循环，放出总容量为6 151 Ah，相应累计行驶里程约24 600 km，按折算可使用2 年以上。③无镉电池（正极为Pb-Ca-Sn-Al合金）总体性能优于有镉电池（正极为 Pb-Sb-Cd 合金），尤其是 DZM-20 型电池。

（2）铅酸蓄电池的主要缺点

铅酸蓄电池的主要缺点是太重。就此而言，在轻量型或折叠型电动自行车上，锂离子蓄电池有明显的优势。但是，市场需求是多样化的。鉴于我国的国情，普及型、载重型和轻摩型电动自行车有很大的市场，对它们而言，电池的价格和性价比是主要选用指标，重量是次之的。正是这样，阀控铅酸蓄电池所占份额保持在95%以上。即使锂离子蓄电池在电动自行车上实现了商业化，阀控铅酸蓄电池还将保持它在电动自行车上应有的地位，很难被完全取代。保守地讲，它的生命期至少还有 5～10 年，甚至更长。

2.锂离子电池

锂电池是20世纪60年代以后发展起来的新型高能量电池。锂电池不含有液态电解质，是指用含锂的金属或者合金作为阴极材料。爱迪生发明了最早的锂电池，但是锂电池一直没有被广泛的应用。因为锂是一种化学性质很活泼的金属，它的生产、保存、应用，对环境要求很苛刻。但是在科学技术高速发展的今天，锂电池的应用已经成为了主流。

（1）电动自行车用锂离子蓄电池的发展历程

刚开始研制的电动自行车用锂离子蓄电池像普通手机电池一样采用钴系列正极材料。虽然比容量较高，但是安全性较差，特别是电动自行车电池容量大（大于8 Ah），电池组电压高（24～48 V），单体电池数量多（7～15 个），多次出现燃烧、起火现象。此后研究的安全型电动自行车用锂离子蓄电池主要是采用锰系列正极材料，采用的锰系列正极材料有Mn，Co，Ni 三元混合型和尖晶石Li Mn2O4型，用混合型正极材料的电池虽然容量较高，但安全性仍有隐患。此型电池的主要缺点是循环性能差，尤其是在 50 ℃高温下。1997 年发现橄榄石型磷酸铁锂为锂离子蓄电池正极材料。其优点是：成本低、安全性好、寿命长、资源丰富。磷酸铁锂的结构及特性决定它有更好的安全性和更长的寿命。在目前新开发的材料中磷酸铁锂的安全性最好，已有 55 Ah，120 Ah 的大型电池通过了各种安全性考核试验。磷酸铁锂电池的循环寿命可达到1 000次以上，12 Ah的电池经历了1 500 次循环后容量还有82.58%和 84.45%。采用磷酸铁锂的锂离子蓄电池是被认为是现今最合适的电动自行车用锂离子蓄电池。

（2）锂电池的优点和缺点

锂电池主要优点是：比能量相当高，质量小，额定电压高（单节电池电压可达 3.7 V或3.2 V），绿色环保，不含有任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质；自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一；使用寿命长，使用寿命可达到 6 年以上；高低温适应性强，具备高功率承受力；生产基本不消耗水，对缺水的我国来说，十分有利。锂电池的缺点：所有锂电池都有发生爆炸的危险；所有锂电池都需保护措施；因为电池会被过充、过放电；成本高。

正是基于以上锂电池的种种优点：主要是环保，能量比大，质量轻，其在现代社会中，尤其是在电动自行车中逐渐替代了铅酸电池以及其他电池。锂离子电池虽然具有高容量与长寿命的优势，但是在充放电方面则需特别注意，因此所有可充电锂离子电池都需要配置其“充放电管理 IC”，用以限制充电及放电电压，以确保不超过安全电压致电池爆炸，当电池电压低于 2.5 V 切断输出，避免电池寿命缩短。

3.电动自行车对电池行业发展提出的要求

（1）加快新型电池的研发

面对石油涨价，电动自行车行业曾经对新型燃料电池的研发抱有很高的期望，期望它在不久的将来能够代替石油而成为个人代步工具的主要动力源。笔者建议电池行业应不断加快对新型燃料电池及其他新型电池的研发，尽快研制出能够逐步代替石油的动力电池。

（2）合理降低电池的价格

目前，电动自行车行业已经广泛配置的动力电池主要是新型铅蓄电池和新型锂离子电池2大类。新型锂离子电池因为制造成本等因素，还没有达到应有的市场占有率，但是笔者坚信，锂离子电池行业如能依靠科技进步，不断采用新材料，就一定能不断降低制造成本，合理降低价格，形成规模经济，铸起后起之秀的辉煌。

（3）提高一次充电的续航里程

这个问题涉及到电机、控制器、电池、充电器的性能及相应匹配，这不仅关系到整车的装配质量，还涉及到良好的骑行习惯、骑行时的环境条件等方方面面。在这里撇开其他因素不谈，仅对电池而言，面对电动自行车用动力电池的体积和重量一定的前提下，如何提高电池的容量和比能量，是当下需要研究的课题。笔者相信：电池行业一定能为电动自行车提高一次充电的续行里程作出自己应有的贡献。

（4）延长寿命 缩短充电时间

希望铅蓄电池行业企业能依靠科技进步，不断缩短充电时间，方便消费者。

（5）完善售后服务

要提高企业对售后服务重要性的认识，克服过去那种重销售轻售后服务的倾向，进一步健全和落实“三包”制度，及时解决售后消费者提出的质量问题，实施售后服务社会化战略。电动自行车有个特点：当充电站、换电站没有形成社会化服务体系之前，充电过程所带来的不便始终困扰每一个骑行者，这也是单纯配置动力电池的电动轿车难以实现商业化的因素之一，也是电动车系列发展过程中，选择电动自行车作为突破口的重要原因。要鼓励有实力、有条件的民营企业，投资建设充电站、换电站、废旧电池回收站，对他们给予一定的政策扶持，让他们在科学经营的基础上能获得相应的经济效益。加强对废旧电池的回收，制定用户以旧换新可享受的优惠政策。明确电池生产企业、电动自行车生产企业、经销商及消费者的职责、义务、权利，实现废旧电池回收的制度化。

（6）不断降低自重

原来的电动自行车国家标准中，对电动自行车自重有着严格的要求。笔者认为：电动自行车的发展趋势应该是更加安全、更加环保、更加轻便、更加简约、更加时尚、更加节能，电动自行车用动力电池，应该为电动自行车不断降低自重作出历史性的贡献。

21世纪是环保的世纪，节能的世纪，随着环保与节能2大潮流的演绎和发展，电动车系列必将在未来的立体交通系统中扮演重要角色。而电动自行车，是电动车系列走进亿万百姓家庭的切入点。