锂电池与铅酸电池对比26024.pdf

一、动力锂离子电池与铅酸电池的经济性对比 当前认为电动汽车采用动力锂离子电池的经济性比铅酸电池差的观点是不正确的。虽然动力锂离子电池的购置费用仍高于铅酸电池，但从购置费用在使用寿命内的成本摊销、有效运能和能源效率方面综合考量，采用动力锂离子电池的经济性比采用铅酸电池更具有显著优势。为了便于讨论，设定讨论条件如下：阀控铅酸电池按 2008 年 12 月国产电池市场报价：150Ah/12V 蓄电池为 980 元/只。85Ah/12V 水平铅酸蓄电池 2008 年市场报价为：民用品价格为 1500 元/只，军用品价格为 3500 元/只。本文采用民用品价格（1500 元/只）。当前，动力锂离子电池价格相差较大。根据当前市场情况，磷酸亚铁锂动力电池每 Ah 价格分别采用元、元、元、元。锰酸锂动力电池每 AH 价格分别采用元、元、元、元。本文仅以 150Ah/24V 电池组进行比较，不计算电子电路的费用。（一）购置费用对比 图是各种 150AH/24V 电池组购置费用对比。图中，水平铅酸蓄电池按民用价格（每个 85Ah/12V 电池元）计算。锰酸锂蓄电池按元/Ah，磷酸亚铁锂动力电池按元/Ah 计算。鉴于当前锂离子蓄电池市场价格相差较大，表 1 列出了当前各种典型价格的 150Ah/24V 电池组价格和与铅酸电池的相对比值。表 1150Ah/24V 电池组购置费用对比（深色格为当前可能价格）电池类型 阀控铅酸电池 水平铅酸电池 锰酸锂动力电池 磷酸亚铁锂动力电池 元/Ah 1960 元 5294 元/270%6825/348%7800/398%元/Ah（国产）100%10588 元/540%7350/375%8400/429%元 Ah 8400/429%9600/490%元/Ah 10500/536%12000/612%元/Ah 12600/643%14400/735%元/Ah 14700/750%16800/857%元/Ah 15750/801%18000/918%由表 1 可见，当前磷酸亚铁锂动力电池与国产阀控铅酸蓄电池比，价格仍高 45 倍；价格最高的锰酸锂动力电池比国产阀控铅酸蓄电池贵 8 倍。（二）使用寿命对比 图是阀控铅酸蓄电池和动力锂离子电池使用寿命（典型值）的对比。图阀控铅酸蓄电池和动力锂离子电池循环使用寿命（典型值）阀控铅酸蓄电池额定循环使用寿命约 250 个充放电循环，水平铅酸蓄电池循环使用寿命小于 200 个充放电循环。动力锂离子电池额定使用寿命（容量下降到额定容量的 80%时为寿命终结）：锰酸锂动力电池大于 800 个充放电循环循环；磷酸亚铁锂动力电池大于 1200 个充放电循环。动力锂离子电池成组后的使用寿命与成组技术和产品性能相关。若成组技术和产品不符合动力锂离子电池的要求，使用寿命将大幅度缩短。若成组技术和产品符合锂离子蓄电池要求，成组后的动力锂离子电池的充放电循环使用寿命则与单体电池的充放电循环相同。本文作者将动力锂离子电池容量下降到额定容量的 60%时定义为工况使用寿命。锰酸锂蓄电池工况使用寿命可大于1200 个充放电循环，是阀控铅酸电池的 5 倍左右。磷酸亚铁锂动力电池工况使用寿命可大于 1600 个充放电循环，为阀控铅酸蓄电池的 6 倍以上。（三）蓄电池在不同放电倍率时的容量 图是阀控铅酸蓄电池和动力锂离子电池在不同放电倍率时的容量对比图。图阀控铅酸蓄电池和动力锂离子电池在不同放电倍率下的容量 从图可知，随着锂离子蓄电池放电的增加，实际容量下降很小；而铅酸蓄电池放电电流的增加，容量大幅下降，典型值见表 2。表 2 动力锂离子电池和阀控铅酸蓄电池在不同放电倍率下的容量 放电率 动力锂电池(Ah)铅酸电池(Ah)20I1 100%100%10I1 100%5I1 100%3I1 100%2I1 99%1I1 98%97%（四）蓄电池使用的经济性对比“动力锂离子电池比阀控铅酸电池贵”这个看法直接影响到了动力锂离子电池的推广应用和产业发展。正确评价和认识锂离子蓄电池与阀控铅酸蓄电池的经济性，对推动动力锂离子电池产业发展将产生重要影响。评估动力锂离子电池的经济性，不仅要评估电池的购置费用，对全生命期内的使用成本的经济性评估具有更重要的意义。其中，动力锂离子电池购置费用在单位电能（kWh）中的摊销费用和电池维护费用、充电基础设施建设和维护费用、充电和放电效率。此外，对于用于电动车辆的动力蓄电池，还应分析运能效率。1锂离子和阀控密封铅酸动力电池在使用寿命期内提供的总电能（kWh）对比 蓄电池使用成本的构成中，主要部分是蓄电池购置费用在使用寿命期内提供的总能量除以蓄电池的购置费用。动力锂离子电池和阀控铅酸蓄电池在使用寿命期内提供的总电能见表 3 和图。表 3 蓄电池在使用寿命期内提供总能量（kWh）对比 电池类型 阀控铅酸蓄电池 水平铅酸蓄电池 锰酸锂蓄电池 磷酸亚铁锂动力电池 提供总能量 kWh 396 462 3730 4920 相对百分比%100 117 942 1241 图锂离子和阀控铅酸电池在使用寿命期内提供的电能（kWh）2锂离子和阀控铅酸电池购置费用在使用寿命期内每 kWh 电能中的摊销费用（见表 4 和图）。表 4 锂离子和阀控铅酸电池购置费用在使用寿命期内每 kWh 购置费用摊销费用单位元 蓄电池类型 单价(元/AH)阀控铅酸 蓄电池 水平铅酸 蓄电池 锰酸锂 动力电池 磷酸铁锂 动力电池 12 14 15 当前价格下各种蓄电池寿命期内电池购置费用在每 kWh 电能中的摊销比较见图 5 图当前价格下各种蓄电池寿命期内电池购置费用在每 kWh 电能中的摊销 从图看出，虽然动力锂离子电池的购置费用仍高于阀控铅酸蓄电池，但从表 4 和图可以看出，动力锂离子电池使用寿命期内每 kWh 摊销费用，已经明显低于阀控铅酸电池。表 4 和图没有计算蓄电池寿命期后的再利用价值。铅酸蓄电池在寿命期结束后，除可用于回收铅外，已经没有再利用的价值。电动汽车用动力锂离子电池在寿命期后，仍能提供额定电量的60%的电能。从比能量和再利用使用寿命方面考量，大多数电池仍优于阀控铅酸蓄电池。如 100Ah 的锂离子蓄电池寿命下降到 60%时，虽然车辆已经不能使用，但仍有 60Ah 的容量，仍相当于100Ah 铅酸蓄电池在大于 3I3 放电电流下使用的实际容量，再利用的使用寿命比铅酸蓄电池还要长很多，若用于光伏发电等固定电池，其性能优于新的阀控铅酸蓄电池。表 5 是若按 10%的再利用价值，计入寿命期后再利用的蓄电池在使用寿命期内每 kWh 购置费用摊销对比情况。表 5 计入寿命期后再利用的蓄电池在使用寿命期内每 kWh 购置费用摊销对比 蓄电池类型 阀控铅酸蓄电池 水平铅酸蓄电池 锰酸锂蓄电池 磷酸亚铁锂蓄电池 单价(元/AH)3充放电电能效率对比 进行经济性分析时，蓄电池的充放电效率是不能忽视的问题之一。充放电电能转换效率是充入电能（Wh）与输出电量（Wh）的比值。若充放电效率过低，直接造成充电费用增加。动力锂离子电池充放电电能转换效率可大于 97%，铅酸蓄电池充放电电能量转换效率约为 80%左右。动力锂离子电池的充电电费比铅酸蓄电池少 17%左右。4运输能力对比 用于电动车辆的动力蓄电池的经济性分析时，由于电池重量的增加造成运输能力的损失是必须考虑的问题。以 11 米电动公交车为例，若采用 160kWh 动力锂离子电池，电池组重量约吨重，而采用阀控铅酸电池组，则重量超过 6 吨。阀控铅酸电池比动力锂离子蓄电池重 4 吨左右。而该车有效载荷一般为吨之间。采用铅酸蓄电池与锂离子电池比，由于重量的增加，有效载荷损失为 4 吨左右。（五）结论 从上述分析得出以下结论：1.虽然动锂锂离子电池的购置费用仍高于铅酸蓄电池，但从全生命周期内经济性分析，在当前价格状况下，部分产品的经济性已经明显优于铅酸蓄电池。