中国电动自行车行业铅蓄电池的应用现状与展望

肖磊 李世隆 王琦 杨丽 宋博 贾刚

（中国自行车协会 北京 100079）

0 引言

铅蓄电池作为一种技术成熟、高性价比、可回收利用的优良动力电池，在电动自行车行业有着广泛的应用。近年来，随着人们对环保意识的不断增强，铅蓄电池的技术工艺及加工方法也在跟着不断进步，推动了电动自行车产业的发展。

铅蓄电池的主要组成部分为正极板、负极板和隔板。正极板一般是由二氧化铅（α-PbO和β- PbO）组成的活性物质，负极板主要是由海绵状铅（Pb）组成的活性物质，隔板本身材料为电子绝缘体 ，用于吸附电解质溶液。当铅蓄电池的正负极被接通时，电池将进行放电。放电时正极发生的反应为：

PbO+ HSO+ 2H+ 2e→ PbSO+ 2HO

负极发生的反应为：

Pb + HSO→ PbSO+ 2H+ 2e

总的反应公式为：

PbO+ 2HSO+ Pb → 2PbSO+ 2HO

1 中国电动自行车行业现状

我国电动自行车行业经历了由小到大、由弱变强的跨越，经历了抗击国际金融危机、保持平稳健康发展的挑战，经历了调整振兴、转型升级、转向高质量发展的变革。行业整体面貌发生了巨大变化，创造出了辉煌的业绩，奠定了我国电动自行车生产大国、出口大国、消费大国的地位。

根据各主产区行业协会调查统计并结合国家统计局规模以上企业数据，2020 年全国电动自行车产量为4 126.1 万辆，同比增长14.3%。2020 年1—12 月，电动自行车出口量201.8 万辆，同比增长38.9%；出口额8.21 亿美元，同比增长36.1%，出口量和出口额均比上年有较大幅度增长。1998 年至2020 年，我国电动自行车累计产量约4.8 亿辆。充电器市场每年保持2 位数增长。我国电动自行车产量逐年增长情况，如图1 所示。按照电动自行车平均使用寿命8 年估算，截至2020 年年末，我国电动自行车社会保有量约有3 亿辆。

图1 中国电动自行车历年产量情况

根据产量区域划分，电动自行车主要产区为天津、江苏、浙江等地区，图2 为2020 年我国电动自行车主要产区的产量占比。

图2 2020 年中国电动自行车主要产区产量分布情况

2 中国电动自行车行业铅蓄电池使用现状

铅蓄电池作为电动自行车的动力源，是决定电动自行车性能的重要部件。目前，正在使用的电动自行车铅蓄电池的基本情况如下：

2.1 产品标准体系建设

标准的制定工作具有很强的技术性，是一项涉及多个方面的系统工程。目前，在铅蓄电池技术比较先进的欧洲、日本、北美等国家和地区，基本采用IEC 标准。我国也在逐步与国际接轨。2019 年4 月15 日开始实施的新国标GB 17761—2018《电动自行车安全技术规范》，严格限定了电动自行车的整车质量不超过55 kg。新标准的实施，完善了电池的综合治理标准体系，强化了安全使用的强制化治理，对推动我国电动自行车铅蓄电池的安全使用，具有重大意义。为适应国标的要求，各主要电池厂家根据电动自行车的新标准对电池做了专项研发。表1 列出了目前电动自行车用铅蓄电池主要适用的国家标准。

表1 电动自行车用铅蓄电池标准列表

目前，正在制定的强制性国家标准有《电动自行车用充电器安全技术要求》和《电动自行车电气安全要求》，正在制定的推荐性国家标准有《电动自行车集中充电设施设备技术规范》。

2.2 产品生产技术

电动自行车在使用中最突出的问题就是电池的容量、可靠性及安全性。目前，各铅蓄电池厂家都注重电池安全测试和质量管理，以减少电池安全事故，降低使用时的危险性，保证使用安全；不断提高铅蓄电池比能量，特别是体积比能量，以适用电动自行车的小型化及轻量化的发展趋势；通过改进板栅合金，采用活性物质添加剂、薄极板、双极性技术、胶体技术、卷绕技术以及改进充电方式等措施来改善其性能，提高铅酸电池的制造工艺技术。部分厂家针对电池寿命问题，开发了长寿电池，延长电池使用年限。例如，天能集团研究院的郭志刚等，从电池内部结构设计、板栅合金、固化及充电化成工艺4 个方面进行了长寿命铅蓄电池的研发。实验表明，采用整体铸焊、汇流排直接胶封的结构，能够改善电池使用寿命；在板栅合金中添加稀土和银，能够提高板栅的耐腐蚀性和蠕变强度，延长电池使用寿命。同时，越来越多的先进材料被采用到铅蓄电池的制造过程中。例如，超威电源有限公司在铅膏中加入一定含量的石墨烯，这样可以有效抑制负极硫酸盐化，改善电动自行车用铅蓄电池的循环使用寿命。

2.3 配套充电器的安全使用

充电器的质量对电动自行车用铅蓄电池使用寿命有着很大的影响。《电动自行车用蓄电池及充电器 第1 部分：密封铅酸蓄电池及充电器》对电动自行车用铅蓄电池充电器提出了具体的要求。近年来，各种新型充电器及智能充电方法逐步在电动自行车行业开始普及，人们通过充电器的智能控制模式，有效解决了充电过程中的高温热失控、低温欠充电等问题，并可通过合适的脉冲充电方式抑制极化和硫化，延长铅蓄电池使用寿命。

2.4 废旧电池回收利用

铅蓄电池的平均使用寿命约为3 年，在一些使用量极大的条件下（如外卖电动自行车等），铅蓄电池的平均使用寿命约为1 年。依照现有电动自行车保有量测算，2020 年，电动自行车废旧铅蓄电池产生量约为200 万t，可回收利用再生铅130 万t。随着电动自行车产量的逐年提升及外卖电动自行车的占比逐年递增，废旧铅蓄电池的产生量也将逐年增长，废旧铅蓄电池的回收与梯次利用在不断完善和创新。如图3 所示，超威集团通过“以旧换新、逆向物流”等方式回收废旧铅蓄电池：将代理商库房按照环保要求改建后，作为废旧铅蓄电池暂存点；在规划区域的工业园区内租赁大型库房，依照环保要求改建作为中转站，暂存点的废旧铅蓄电池定期被运送至指定中转站进行集中贮存；采用危险废物专用车辆将中转站的废旧铅蓄电池集中运往有资质的再生铅企业进行冶炼；再生铅产品作为原料供应给电池生产企业，从而形成上下游产业链的闭合循环，有效提高铅循环利用率，降低生产成本的同时保护环境。

图3 超威集团铅蓄电池循环利用体系

2.5 铅蓄电池生命周期环境影响

铅蓄电池全生命周期主要污染物排放清单如表2 所示。山东大学环境科学与工程学院刘巍和清华大学环境学院田金平基于对铅蓄电池产业链的广泛调研，提出了铅蓄电池生命周期环境影响模型，分析了从原材料生产、电池生产、运输、使用以及废旧电池回收的全生命周期环境影响，识别关键节点，提出改善建议，为铅蓄电池行业的铅污染防控提供了科学的依据。

表2 1 kW·h 铅蓄电池生命周期主要污染物排放清单

减少电动自行车铅蓄电池生命周期环境影响的主要措施有：提高电池寿命和循环充电次数；鼓励发展新技术，减少电池铅消耗；完善废旧电池的回收利用技术等。

3 电动自行车及铅蓄电池的行业展望

2021 年，面对内外部环境和自身条件的变化，中国自行车协会结合行业实际，组织制定了行业“十四五”发展系列指导意见，该意见涵盖总体及技术进步、品牌标准、人才、“走出去”四个专项；通过落实系列指导意见，全力推动行业高质量发展，促进行业加速向制造强国迈进。

3.1 虽受新冠肺炎疫情影响，但我国电动自行车近2 年的生产量及保有量均保持稳定增长。2021 年市场仍将保持稳定增长，总产量和保有量持平或略有上升，预计2021 年电动自行车产量为4 200 万辆。整体市场的稳定将保证铅蓄电池需求量继续保持稳定。

3.2 电动自行车用铅蓄电池及充电器的国家标准尚需进一步完善，以便适应快速发展的电动自行车市场。

3.3 铅蓄电池需进一步提高质量，增加充放电循环次数、比能量，配置智能充电器，通过技术改进完善性能，提高市场竞争力。