要科学地评价铅蓄电池
关键词: 动力电池 铅蓄电池 锂电池 电动车
近年来，有多个铅蓄电池厂的朋友问我， 铅蓄电池还能生产几年？也有专门开发和生产铅蓄电池性能测评仪器的朋友问我， 铅蓄电池测评仪器还能生产多久？似乎当前铅蓄电池已面临四面楚歌、山穷水尽的局面.但看看国内外蓄电池行业， 铅蓄电池仍然处于龙头地位。中国电动自行车年产量超过2 000万辆，它所使用的电池95 %是阀控式铅蓄电池；国内外各种品牌汽车也是使用铅蓄电池作为起动点火照明用；世界上正在运转的太阳能和风能发电系统中的储能电池几乎都是铅蓄电池；世界各国的潜艇至今还是毫无例外地使用铅蓄电池.既然如此，那么为什么会有一部分人产生铅蓄电池即将山穷水尽的想法呢？看来这与舆论导向有关，国内有部分人有意无意地贬低铅蓄电池的性能.尤其是一些在国内有名望的单位或厂家，他们的误导作用效果是不容忽视的。
下面举3个有代表性的例子：本着对事不对人的原则，例中只列出作者给出的铅蓄电池性能数据，略去了作者的原始文稿。
1. 第一个例子
某知名科研单位的作者是这样描述铅蓄电池的:
理论能量密度: 70 Wh / L 效率: 45 %
实际能量密度: 12 ~18 Wh / L 充/放电比: 5:1
功率密度: 370 W / L 放电深度: 25 % ~ 30 %
温度范围: -5 ~ 40℃ 价格: 500 ~ 1 500 $/KWh
蓄电池理论比能量一般都指重量比能量，它是可以根据参与电化学反应的物质的电化当量(Ah/g)来计算的.要注意，计算过程所用的物质的量是用重量(或叫质量)来表示的，不是用体积表示的.不知本例的作者是如何计算铅蓄电池理论能量密度(Wh / L)的？目前AGM阀控式铅蓄电池的实际能量密度已达到90 Wh / L，是作者给出的5~7倍.
铅蓄电池的比功率[1]已普遍达到300 W/kg，或800 W/L，双极性电池[2]峰值功率密度已超过1 000 W / L.卷绕式铅蓄电池[3]的峰值功率密度会更高.
铅蓄电池的使用温度范围也远大于上述作者给出的数值.在铅蓄电池标准中就有-18℃时的低温考核要求.在中国北方冬天的气温达到-30℃是家常便饭;而南方夏季在阳光下行驶的汽车，其发动机旁的气温会高达70℃以上.在这么严酷的条件下铅蓄电池照样可以工作，怎能说铅蓄电池的使用温度范围是-5 ~ 40℃呢？
铅蓄电池的Ah充电效率可以达到95 %以上，新电池可以达到99 %以上;其Wh充电效率也可以达到80 % ~ 85 %.几乎是上述作者给出的数值的2倍.
上述作者给出的铅蓄电池的充/放电比是5:1，即电池充进5 Ah的电量只能放出1 Ah的电量，那么电池的Ah效率只有20 %，这跟他自己给出的45 %也自相矛盾.
实际使用过程中铅蓄电池的放电深度达到100 %是很普遍的，有时还会过放电;但作者却说铅蓄电池的放电深度只有25 % ~ 30 %，真令人费解.
将作者对铅蓄电池性能的描述跟铅蓄电池的真实情况相对照可以看出，他们将铅蓄电池性能低估了5~7倍;但却把铅蓄电池的价格提高了8 ~ 10倍.由于产品的“性能/价格比”是它能不能进入市场的关键因素，那么将铅蓄电池的“性能/价格比”降低8×7 = 56倍以后来跟自己的产品相比，这样做公平吗？
2. 第二个例子
国内某知名大学的作者提出的铅蓄电池跟其他电池性能对比的数据如下表:
铅蓄电池的循环寿命被作者远远地低估了.当前广泛使用的6DZM10电动车电池，标准要求电池额定容量是用5 A恒电流放电120 min (终止电压9.6V); 但现在实际上用5A恒电流放电普遍可以放到135 ~145 min (终止电压10.5V， 高于9.6V)，即放电深度大于100 %DOD.在这种放电条件下，用3只电池（即18个单电池串联）进行考核，其循环寿命还可达350~ 400次.如果用单只电池进行考核，并且放电深度为80%DOD (即5A放电96min)，那么其循环寿命将超过800次.
关于铅蓄电池的能量效率、一次性投资(即价格)和放电能力的具体情况，在例1已经分析过了.实践证明铅蓄电池放电能力不仅可以达到100 %，而且即使过放电以后经过充电，其容量仍然可以恢复到原来的数值.
3. 第三个例子
这是某知名电池厂家在其锂离子电池产品样本中是这样跟铅蓄电池性能对比的:
当前电动自行车95 %使用的是6DZM10阀控密封铅蓄电池.该电池的实际性能是: 外形尺寸:152×98×94(103) mm， 重4.2 kg， 用5A恒电流放电到10.5 V，持续时间大多在135~145min， 即实际放电量是12 Ah. 放出的电能是144 Wh. 由此可以推算出：
重量比能量: 144÷4.2 = 34.3 Wh / kg， ＞30 Wh / kg.
体 积: 1.52×0.98×0.94 = 1.40 L， 一组3只电池是4.2 L ＜ 6.5 L
如计入端极片高度，则电池组最大体积是: 1.52×0.98×1.03×3 = 4.6 L ＜ 6.5 L
重量: 4.2×3 = 12.6 kg 不是≥13kg
自放电: AGM电池实际自放电速度是5 %~ 10 % /月， 不是20 % /月，胶体电池实际自放电速度是3 %~ 5 % /月，远小于20 % /月.
充电时间: 一般为8~9 h， 快速充电为本5~6 h， 不是≥15 h.
记忆效应: 这是第一次听说铅酸电池也有记忆效应.所谓“记忆效应”是指电池在前一次放电如果没放到底，那么下次放电容量就不会超过前次放电容量.但铅酸电池并不是这样的.
工作温度: 如前所述， 远超过0℃～40℃.
使用寿命: 如前所述， 远超过该锂离子电池产品样本中所说的“正常充放循环300次左右，容量剩余﹤60 %”
阀控密封铅蓄电池在使用过程中，不会放出任何有害气体或液体;也不会像锂离子电池那样在过充电或过放电时存在爆炸危险.只是在生产过程中会有有害气体、尘渣和酸水产生.经过‘三废’处理后，其对环境的危害就小多了.试想一下，如果把每一种电池在整个生产过程(包括它用的原材料)都考虑进去，那么对环境没有任何影响的电池是谁呢？
4. 铅酸电池市场的演变和分析
任何一种产品要想得到市场的认可，它必须做到“价廉物美”.或者说它的“性能/价格比”必须尽可能高。这里的“性能”指的是产品可以满足广大消费者的需要，是产品的综合性能，而不是某一个或二个指标。这里的“价格”应当包括产品及其辅件的售价和使用维护费用。 铅酸电池市场的演变也是遵循这一原则的。
铅酸电池是最早问世的蓄电池。由于当时其他新型蓄电池还没有出现，因而在许多领域中普遍使用铅酸电池。但它却存在一个根本性的弱点，就是很重.虽然当今铅蓄电池的重量已比刚诞生时的重量减轻大约一半，但跟其他蓄电池比起来，仍然是重量级产品。因而在对产品重量要求很严的场合，它就逐步被其他电池取代了。例如许多小型家用电器(手机、相机、收录机等)中，锂离子电池就占据了统治地位.这是由于锂离子电池在这种场合具有最佳的“性能/价格比”.虽然锂离子电池的价格比较高，但人们感到产品很轻，用起来方便，多花一点钱也值得.
回想中国电动自行车行业的发展过程，经过了三起二落，尤其是第二次，电动车已经在商店里出现了，但没有多久就息鼓收兵了。前两次为什么起不来？就是因为当时的铅酸电池是开口式电池，酸液容易出来烧坏车子和衣服，充电时又有酸雾出来，使用寿命只有2~3个月，即产品的“性能”不能满足人们的要求.再从产品的“价格”来看，当时三只电池需要200~240元，相当于一辆新的自行车，那时大部分人的月收入也只有几佰元，人们感到买电动车划不来，结果只得停产下马.但到了上世纪90年代初， 阀控式铅蓄电池出来了，漏酸漏气的现象没有了，电池寿命也延长了，电机效率也提高了.与此同时，由于马路上汽车太多人们上下班不方便，加上环保意识增强了，人们的收入也增加了，这些因素促使电动自行车行业每年以2位数的速度飞快发展， 阀控式铅蓄电池能够在电动自行车上普遍采用，除了因为它的‘价格’不高以外，在这里又避开了铅蓄电池比能量不高的缺点。因为电动自行车的速度被限令不得超过20 km / h，而且一次充电行驶40多km，完全满足了广大人群每天上下班和上街购物的需求.综合看来，对于电动自行车而言， 阀控式铅蓄电池在“性能/价格比”方面具有明显的优势，因而取得了市场认可。
前几年，镍氢电池曾在电动自行车展览会上出现，但近来却很少见到了，代之而起的是锂离子电池，目前市面上出现了少量采用锂离子电池的电动自行车，售价是每辆2 800元，而同样储能(即一次充电行驶路程相同)使用阀控式铅蓄电池的电动自行车，只需1 000~1 200元，最后谁能占领市场，就看谁的“性能/价格比”具有优势。
了解一下潜艇和鱼雷动力电池的不同演变过程，也许对分析当前动力电池市场发展趋势有参考价值。第一代潜艇问世时， 潜艇和鱼雷动力电池都是铅蓄蓄电池。但由于二者的使命不同，因而对电池的要求也不同。鱼雷要求速度快航程远，因而要求电池的比能量和比功率都很高.第一代鱼雷动力电池是铅酸电池，基本满足了当时的要求.后来Zn/AgO电池和Mg/AgCl电池出现了，它们的比能量和比功率都比铅酸电池提高了约1倍.虽然价格较铅蓄电池要贵，但它的“性能/价格比”却提高了.因而取代了铅酸电池，成为第二代鱼雷动力电池。近年来具有更高比能量和比功率的Al/AgO电池出来了，于是又逐步取代了Zn/AgO电池和Mg/AgCl电池，成为第三代鱼雷动力电池.可是潜艇的速度不能太快，不然其噪声太大，声纳失去作用。所以对电池的比功率要求不高，但对电池的安全性、耐用性、方便性、“价格”等方面却有很高的要求。虽然Zn/AgO电池和燃料电池也都想取代铅酸电池，并且世界各国为此花了大量的人力和物力，但到如今，世界各国还是毫无例外地使用铅酸电池.这就是因为对潜艇来说，目前还没有哪一种电池的综合“性能/价格比”优于铅酸蓄电池。
国内外汽车用的起动电池为什么至今都用自由电解液式的铅酸蓄电池呢？看来在这种场合一只电池的价格和重量都不是关键，起决定性作用的应当是铅酸电池的性能，它在-30℃～70℃这么宽广的温度范围内可以满足汽车实际使用要求。
风能发电系统和太阳能发电系统中当前广泛使用铅酸蓄电池，这就避开了铅酸蓄电池在重量方面的不足，而使铅酸蓄电池在使用温度范围广、耐过充电和过放电性能好、自放电速度小、安全、价廉等优点得到充分的发挥，使其具有很好的“性能/价格比”。.
5. 扬长避短因地制宜使用电池
任何电池都有其固有的优点和不足之处，使用电池的场合也是千变万化的.我们在选择电池时，应当尽可能做到扬长避短，使所选用的电池具有最佳的“性能/价格比”，这样才会得到市场的认可.
对任何新型电池都要欢迎它，促进它.同时也要科学地分析它的优点和缺点.如果它的“性能/价格比”确实是好，那么它必然会受到人们的欢迎，水到渠成、占领市场.
当前对铅蓄电池的性能评价应当实事求是，要有科学的态度.不应当用贬低铅蓄电池的方式来颂扬某型电池，以免误导电池产业的发展方向.
参 考 文 献
1. Isidor Buchmann， The perfect battery [J]， The Battery Man， 2001 (9)， 24-40.
2. M.Saakes， etc.， Bipolar lead-acid battery for hybrid electric vehicles [J]， Journal of Power Sources， 144 (2005)， 536-545.
3. 华寿南， 国外混合动力用VRLA电池的研究进展[J]， 电池， 2005 (1)， 66-67.
