电动自行车用锂电池对比分析.doc

电动自行车用锂电池对比分析2010年以来，陆续曝出铅酸电池企业员工血铅中毒事件。去年12月份，全国73.5%的区域出现雾霾天气，使铅酸电池和汽车的污染问题成为焦点。日益发展的中国电动自行车行业，急需一条更为环保、低碳之路。部分行业人士指出，锂电池的发展将获得一定的发展机遇。实际上我国锂电自行车市场增速极快。然而，锂电池在所有电动自行车中所占比重只有5%，仍然处于较低水平，拥有巨大的增长空间。为了对电动自行车用锂电池有一个全面的了解，我们专门对电动自行车行业用锂电池的类型及性能优缺点进行汇总分析，以便于对该行业相关产品的进一步认识和了解。能量密度 从电池的重量能量密度上来讲，目前国产圆柱18650应用在电动自行车上的电池重量能量密度约为185wh/kg，韩国三星为205wh/kg，日本松下18650CG为220wh/kg。软包电池一般在140-180wh/kg，铝壳重量能量密度仅次于软包。当然，软包和铝壳在这方面还可以提升，但是因为单体容量在8-12AH之间，在安全与能量密度取舍之间，基本都采用三元掺锰。同时，圆柱电池体积小，重量轻，灵活性更强，所以在相对条件下采用圆柱电池提高行驶里程优势更加明显。爬坡性能 电动自行车在行驶过程中，因为路况随机性比较强，所以走停是常有的事。尤其在爬坡时，电池组必须提供足够的功率来满足需求，因此电池组的功率特性优劣也是衡量其的重要指标之一。这样在同款(电压、容量、铝筒相同)电池组的条件下，圆柱电池和铝壳电池体积功率密度相差近8-10%，软包仅次于铝壳(材料、工艺相同条件下)。因此，在爬坡力度上，铝壳电池优势突出。安全性 根据铝壳、圆柱、软包三者的壳体材质来讲，软包电池只会出现鼓包、漏液、极端事故时会出现燃烧现象。铝壳电池因为定位容量比较高，在制作过程中采用防爆阀和焊接强度双重防护，所以安全性仅次于软包。圆柱电池虽然在盖帽采用了限流、拉断、防爆阀三种防护措施，但是因为壳体结构的机械强度过大，一旦出现极端事故，其威力就像子弹发射一样造成人身事故。但是，在诸多电池质量事故中，因为电池本身质量的问题造成的几乎很少，都是在制程加工过程的细节工作没有到位导致的。例如铝壳电芯套破、贴胶纸未包住、负极耳碰壁、组装虚焊打火等低级错误导致。但是圆柱电池在这方面出问题的概率几乎微乎其微，因为他的工序都可以用自动化设备来实现。所以总的来讲，在安全性方面，三者来比可以说各有利弊，难分伯仲。性价比 1. 制造设备投入 根据软包、铝壳、圆柱三种电池的工艺结构在厂房规划和设备配制时，圆柱和软包可以省略掉化成时湿度的控制。同时，铝壳组装完成后必须采用激光焊封口，这在圆柱和软包上设备投入都高出5-8%，当然在后期投入生产的能耗上也要产生相同甚至更高的同比费用。 2. 材料成本 按照电动自行车中端品质定位(循环800周以上)结合现有材料的行情估算圆柱材料成本在0.65元/WH，铝壳1WH材料成本在0.87/WH元，软包1WH材料成本在0.78元/WH。因此，在设计及材料成本上，圆柱电池还存在一定的优势。 3. 人工 根据现有通俗厂家设备配制，目前圆柱自动化程度要远远高于铝壳和软包。圆柱行业单体人工成本在0.11-0.15元/AH，软包和铝壳单体人工成本在0.35-0.37元/AH，可以说在制造人工成本上，圆柱的投入比其他两种电池都要节约不少。 4. 组装成本 PACK车间根据工艺要求用连接片将分选完成的电池串并联起来。铝壳点焊、软包转接焊接、圆柱点焊是行业通用的焊接组合方式。其中，软包转接组合效率最低、辅助材料成本代价最高，圆柱电池比较容易实现设备自动焊，辅助材料成本仅次于软包；铝壳电池容量高，数量少，辅材成本最低，机械强度高，便于组装。 5. 一致性 电动自行车电池模组常规2 4 V 1 0 A H 、36V10AH、48V10AH、48V20AH等，都是需要多只单体电池串并起来的；为了保持模组的一致性，在需要优化结构和保护板的均衡外，更加需要电池本身具有优异的一致性。众多锂电池厂家铝壳、软包基本都是采用大容量单体10AH串联成客户需要的模组，这样即组装简单有节约成本。但是，因为单体容量做大以后，电池内部的极化会更严重，尤其在散热方面体现的更加明显，这样组装完成的模组在大电流运行过程中单体要保持5误差甚至更小还存在很大的难度；圆柱18650S以成熟的工艺技术、简洁的工序和成熟的配套设备、特殊的壳体、组合多节点的散热结构，减小了单体电池的差异性，同时具有化整为零的效应，保持了具有比大电池更加优异的一致性。 6. 应用的范围 圆柱18650S电池是锂电池业界的通用型号。现有很多电动自行车电池外壳、照明灯具、电摩等都是按照该规格进行内部空间设计的，同时由于其体积小，应用的灵活性很强，即使分选下来的B品电池同样容易处理。软包和铝壳根据客户应用的壳体内腔尺寸设计的，应用的范围狭隘，所以就需要开发更多的型号来应对。这样对内部技术开发、质量管控、生产操作管理、工程设备调试维护、销售等带来一系列的负担。 7. 售后维护成本 国内电动自行车市场锂电池组的保质期一般为2年(外销1年)，因此售后服务及维修是必不可少的环节。在很多项目可行性报告上经过理论分析，动力电池的利润是如何高，盈利能力比传统行业如何客观。但是，电动自行车电池因为是高电压、高容量需要多只单体电池串并联，同时和线路板、充电器、车的控制器配套起来，诸多的环节不是作为电池组厂家完全能掌控的，因此配套系统的和谐性还是存在很大的隐患。电池模组经过维护不能恢复必须拆掉的，单体铝壳、圆柱电池拆解起来比较方便，经过二次分选还可以重新组装或用在其他例如照明等领域。但是软包电池因为前期结构的固定，在拆解时因为壳体机械强度差导致铝塑膜脱离电芯或破裂可以说很常见；同时，因为型号大而单一，只有二次重组使用(隐患大)，作它用的概率比较低。回收处理 电动自行车铅酸的使用寿命为1.2-2年，锂电池保质期为2年，实际使用按照理想状态使用3-5年60%电量进行报废处理。在天津市场买过一辆电动自行车，骑过半年后行驶里程缩水比较明显，打开外壳看到整个模组单体电池就像软包模组循环过后一样呈扇形，但是圆柱电池因为结构及较强的壳体机械强度，没有该现象。报废的圆柱电池可以作为家庭用UPS或拆解用作其他如照明方面，即节约又环保；如果软包和铝壳模组转为该用途就存在很大风险，一旦壳体破裂，电解液外漏，偶然出现意外电弧或明火，容易造成燃烧事故。综上所述，在现有三种电池形式(圆柱、软包和方形铝壳锂电