第I部分 電池、鎢、鉬和稀土的介紹
第二章 常見電池的介紹（上）
2.1 鉛酸電池
鉛酸電池（Valve-Regulated Lead-Acid，縮寫為“VRLA”），又稱閥控鉛酸蓄電池，是一種廣泛應(yīng)用的蓄電池類型。它的正極主要成分是二氧化鉛，負(fù)極是以鉛為主，而電解液則是硫酸溶液。
一個單獨的鉛酸電池單元的標(biāo)稱電壓為2.0V，它可以在放電時降至1.5V，而在充電時升至2.4V。通常情況下，為了達到更高的電壓需求，我們會將6個單元的鉛酸電池串聯(lián)在一起，以組成標(biāo)稱電壓為12V的鉛酸電池，當(dāng)然也可以形成24V、36V、48V等其他電壓等級。
鉛酸電池
鉛酸電池的歷史可以追溯到1859年，由法國人普蘭特發(fā)明。自那時以來，鉛酸電池在理論研究和產(chǎn)品開發(fā)方面都取得了長足的進展。它廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，包括但不限于交通、通信、電力、軍事、航海和航空等經(jīng)濟領(lǐng)域。鉛酸電池由于其可靠性和性能，成為這些領(lǐng)域中不可或缺的能量儲存解決方案。
根據(jù)鉛酸電池的結(jié)構(gòu)和用途的不同，我們可以將其大致分為四大類：
啟動用鉛酸電池：這類電池通常用于啟動和點火汽車發(fā)動機。它們需要在瞬間提供大量電流以啟動發(fā)動機。
動力用鉛酸電池：這種類型的電池通常用于電動汽車、高爾夫球車和其他需要連續(xù)動力輸出的應(yīng)用中。
固定型閥控密封式鉛酸電池：這些電池通常用于UPS（不斷電供應(yīng)系統(tǒng)）系統(tǒng)、太陽能儲能系統(tǒng)以及需要備用電源的應(yīng)急場合。
其他類：包括小型閥控密封式鉛酸電池、礦燈用鉛酸電池等，這些電池在一些特殊應(yīng)用中發(fā)揮著獨特的作用。
鉛酸電池的廣泛應(yīng)用和不斷創(chuàng)新使其成為電力領(lǐng)域中不可或缺的能量儲存技術(shù)，同時也促進了其性能和可持續(xù)性的改進。
2.1.1 鉛酸電池基本結(jié)構(gòu)
鉛酸電池結(jié)構(gòu)包括正極材料，負(fù)極材料，隔板，電解液，安全閥，端子，外殼和蓋子等。
鉛酸電池基本結(jié)構(gòu)
鉛酸電池基本結(jié)構(gòu)
在鉛酸電池中，一部分?jǐn)?shù)量的電解液被吸收在極片和隔板中，以此增加負(fù)極吸氧能力，阻止電解液損耗，使電池能夠?qū)崿F(xiàn)密封。
2.1.1.1 鉛酸電池正極材料
2.1.1.2 鉛酸電池負(fù)極材料
2.1.1.3 鉛酸電池隔板
2.1.1.4 鉛酸電池電解液
2.1.2 鉛酸電池工作原理
2.1.3 鉛酸電池主要特性
2.1.4 鉛酸電池生產(chǎn)工序
2.1.5 鉛酸電池性能的影響因素
2.1.5.1 正極材料對鉛酸電池性能的影響
2.1.5.2 負(fù)極材料對鉛酸電池性能的影響
2.1.5.3 隔膜對鉛酸電池性能的影響
2.1.5.4 電解液對鉛酸電池性能的影響
2.1.5.5 放電深度對鉛酸電池性能的影響
2.1.5.6 過充電程度對鉛酸電池性能的影響
2.1.5.7 工作溫度對鉛酸電池性能的影響
2.1.5.8 浮充電壓對鉛酸電池性能的影響
2.1.5.9 保養(yǎng)不到位對鉛酸電池性能的影響
2.1.6 鉛酸電池技術(shù)指標(biāo)
2.1.7 鉛酸電池使用注意事項
2.1.8 鉛酸電池的應(yīng)用
2.1.9 鉛酸電池的發(fā)展?fàn)顩r
鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中扮演著至關(guān)重要的角色，其影響不僅涵蓋了工業(yè)、交通、通信、金融、國防軍工、航海航天、新能源儲能等產(chǎn)業(yè)，還滲透至人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗Ｒ蚨撔袠I(yè)對于經(jīng)濟和國防建設(shè)事業(yè)具有不可替代的重要性。近二十年來，鉛酸蓄電池行業(yè)正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)低端產(chǎn)業(yè)向新型中高端產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型。
從2005年開始，中國已經(jīng)成為全球最大的鉛酸蓄電池生產(chǎn)、出口和消費國，行業(yè)總產(chǎn)量的年均增長率一度超過11%。然而，隨著中國經(jīng)濟步入減速調(diào)整的新常態(tài)，進入2018年后，鉛酸蓄電池行業(yè)的總產(chǎn)量增速略有下降，穩(wěn)定在8.5%以下，進入了一個中低速但穩(wěn)健發(fā)展的新階段。這個階段標(biāo)志著鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)在不斷適應(yīng)市場需求和國家政策引領(lǐng)下，邁向更高端和可持續(xù)的發(fā)展道路。
2012-2020年中國鉛酸電池產(chǎn)量情況
根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2020年1月至12月，全國電池制造業(yè)主要產(chǎn)品中，鉛酸蓄電池產(chǎn)量約22735.6萬千伏安時，同比增長12.28%；鋰離子電池產(chǎn)量約188.5億只，同比增長14.4%。
華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院消息顯示，2021年中國鉛酸蓄電池產(chǎn)量為21650萬千伏安時，同比下降4.8%。市場規(guī)模呈現(xiàn)逐年增長，2021年中國鉛酸蓄電池市場規(guī)模約為1685億元，同比增長1.6%。預(yù)計2022年市場規(guī)模達到1742億元，同比增長3.4%。據(jù)中鎢在線統(tǒng)計海關(guān)數(shù)據(jù)，2022年中國用于起動活塞式發(fā)動機的鉛酸蓄電池進口量86.67萬個，同比減少23.88%，進口金額4.56億元，同比減少29.85%；其他鉛酸蓄電池進口量270.36萬個，同比減少42.20%，進口金額4.71億元，同比減少22.02%。2022年中國用于起動活塞式發(fā)動機的鉛酸蓄電池出口量4869.10個，同比增長5.54%，出口金額62.99億元，同比增長16.03%；其他鉛酸蓄電池出口量16356.27個，同比增長14.06%，出口金額193.17億元，同比增長17.57%。
2015-2022年中國鉛酸電池產(chǎn)量情況
2015-2022年中國鉛酸電池行業(yè)市場規(guī)模情況
尚普咨詢集團消息顯示，2023年全年中國鉛酸蓄電池產(chǎn)量預(yù)計為24500kVAh，同比增長3.6%；中國鉛酸蓄電池市場規(guī)模預(yù)計為1750億元，同比增長3.9%。從細(xì)分市場來看，2023年全年中國鉛酸蓄電池細(xì)分市場占比結(jié)構(gòu)中：汽車起動（起動電池）占比達44%、電動車動力（動力電池）占比27%、通信領(lǐng)域占比9%、電力（風(fēng)力、太陽能發(fā)電）占比7%。
據(jù)中鎢在線統(tǒng)計海關(guān)數(shù)據(jù)，2023年1-8月中國用于起動活塞式發(fā)動機的鉛酸蓄電池進口量38.15萬個，進口金額1.81億元；其他鉛酸蓄電池進口量150.62萬個，進口金額3.22億元。2023年1-8月中國用于起動活塞式發(fā)動機的鉛酸蓄電池出口量3829.27個，出口金額45.86億元；其他鉛酸蓄電池出口量12085.01個，出口金額99.92億元。
從產(chǎn)量結(jié)構(gòu)上看，國內(nèi)鉛酸蓄電池產(chǎn)量主要集中于浙江、湖北和河北，此外，江蘇、安徽、廣東三地也占據(jù)一定的比例。國內(nèi)鉛酸蓄電池產(chǎn)量最高的省份是浙江省，占全國鉛酸蓄電池總產(chǎn)量約28%；其次是湖北省，占比約12%；第三河北省，占比約11%。
目前國內(nèi)鉛酸蓄電池行業(yè)的龍頭企業(yè)主要有天能股份、駱駝股份、超威動力、南都電源、圣陽股份、萬里股份、雄韜股份、猛獅科技等。
2.1.10 鉛酸電池的發(fā)展瓶頸
2.1.11 鉛酸電池的發(fā)展前景
2.2 鋰離子電池
2.2.1 鋰離子電池基本結(jié)構(gòu)
2.2.1.1 鋰離子電池正極材料
2.2.1.1.1 磷酸鐵鋰正極材料
2.2.1.1.2 三元鋰材料
2.2.1.1.3 鈷酸鋰正極材料
2.2.1.1.4 錳酸鋰正極材料
2.2.1.2 鋰離子電池負(fù)極材料
2.2.1.2.1 鋰離子電池碳負(fù)極材料
a. 鋰離子電池石墨化碳負(fù)極材料
b. 鋰離子電池?zé)o定形碳負(fù)極材料
2.2.1.2.2 鋰離子電池非碳負(fù)極材料
非碳系負(fù)極材料在鋰離子電池領(lǐng)域中具有廣泛的研究和應(yīng)用，它作為替代傳統(tǒng)碳負(fù)極材料的一種選擇，有望提高電池性能和能量密度。常見的鋰離子電池非碳系負(fù)極材料包括鎢基材料、鉬基材料、硅基材料、錫基材料、鈦基材料、合金負(fù)極材料等。
鎢基材料：包括氧化鎢（WO3）和二硫化鎢（WS2）。鎢基材料具有較高的理論比容量，可以實現(xiàn)高能量密度的電池，但其應(yīng)用受到材料體積變化較大的挑戰(zhàn)。
中鎢在線黃色氧化鎢
鉬基材料：鉬基材料如氧化鉬（MoO3）和二硫化鉬（MoS2）在鋰離子電池中具有應(yīng)用潛力，因其儲鋰性能較好。
硅基材料：硅負(fù)極材料因其高容量而備受關(guān)注，但受到硅膨脹引起的體積變化問題的制約。研究者通過納米化和復(fù)合材料的設(shè)計來解決這一問題。
錫基材料：錫基負(fù)極材料包括氧化錫（SnO2）和錫化合物，如錫化鈉（Na4Sn3）等。它們具有高容量和高充放電效率，但也伴隨著體積膨脹問題。
鈦基材料：鈦基負(fù)極材料如氧化鈦（TiO2），具有較低的儲鋰容量，但其安全性較高，不易發(fā)生極端熱失控。
合金負(fù)極材料：包括錫基合金、硅基合金、鍺基合金等。合金負(fù)極材料結(jié)合了多種元素的優(yōu)點，可以提供高容量和相對較好的穩(wěn)定性。
這些非碳系負(fù)極材料的應(yīng)用通常伴隨著一些挑戰(zhàn)，如體積膨脹、循環(huán)穩(wěn)定性、材料成本等。因此，研究者正在不斷尋求新的合成方法和材料設(shè)計，以克服這些挑戰(zhàn)，從而提高電池性能，延長循環(huán)壽命，降低成本，以滿足不斷增長的能源儲存需求。
a. 鋰離子電池鎢基非碳負(fù)極材料
鎢基非碳負(fù)極材料是一種鋰離子電池負(fù)極材料，它的特殊之處在于它的成分包括過渡金屬鎢化合物，而不是傳統(tǒng)的碳材料。常見的應(yīng)用于負(fù)極材料中的過渡金屬鎢化合物有氧化鎢（如黃色氧化鎢和紫色氧化鎢）、二硫化鎢和二硒化鎢。
中鎢在線二硫化鎢
鎢基非碳負(fù)極材料特點：高儲鋰能力：能夠吸收和釋放更多的鋰離子，從而增加電池的容量。高導(dǎo)電性：鎢基非碳負(fù)極材料通常具有較高的電導(dǎo)率，這有助于電池的高效率運行。較長的循環(huán)壽命：在多次充放電循環(huán)后仍能保持電池性能，進而減少電池更換的頻率，降低維護成本。高化學(xué)穩(wěn)定性：可以在電池充放電過程中維持其結(jié)構(gòu)完整性。
b. 鋰離子電池鉬基非碳負(fù)極材料
鉬基非碳負(fù)極材料是一種鋰電池負(fù)極材料，其特點是使用過渡金屬鉬化合物作為功能性添加劑，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碳材料，具有較高的儲鋰能力，優(yōu)異的電導(dǎo)率，良好化學(xué)穩(wěn)定性等。
鉬基非碳負(fù)極材料可以應(yīng)用于鋰離子電池的負(fù)極，包括便攜式電子設(shè)備、電動汽車、儲能系統(tǒng)等。它們能夠改善電池的容量、循環(huán)壽命和安全性能。
鋰離子電池中的鉬基非碳負(fù)極材料是一種使用過渡金屬鉬化合物作為功能性添加劑的非碳負(fù)極材料。這種材料通常用于替代傳統(tǒng)的碳負(fù)極材料，以提高電池性能和循環(huán)壽命。常見的應(yīng)用于負(fù)極材料中的過渡金屬鉬化合物有氧化鉬（MoO2），硫化鉬（MoS2），硒化鉬（MoSe2）等。
中鎢在線二硫化鉬
鉬基非碳負(fù)極材料的特點與鎢基非碳負(fù)極材料的特點相似，具體如下：高理論容量：能夠存儲更多的鋰離子。良好的首次效率：這意味著該負(fù)極材料在初始充電時能夠更有效地接受鋰離子。循環(huán)壽命：鉬基非碳負(fù)極材料可以經(jīng)受多次充電和放電循環(huán)而不快速退化。較高的安全性，不易使電池發(fā)生熱失控或其他安全問題。
鉬基材料可以應(yīng)用于鋰離子電池的非碳負(fù)極材料，進而能為便攜式電子設(shè)備、電動汽車、儲能系統(tǒng)等設(shè)備提供能量。
c. 鋰離子電池硅基非碳負(fù)極材料
d. 鋰離子電池鈦基非碳負(fù)極材料
e. 鋰離子電池錫基非碳負(fù)極材料
f. 鋰離子電池合金負(fù)極材料
2.2.1.3 鋰離子電池隔膜
2.2.1.3.1 鋰離子電池聚乙烯隔膜
2.2.1.3.2 鋰離子電池聚丙烯隔膜
2.2.1.4 鋰離子電池電解液
2.2.1.4.1 鋰離子電池液態(tài)電解質(zhì)
2.2.1.4.2 鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)
2.2.1.5 鋰離子電池工作原理
2.2.1.6 鋰離子電池主要特性
2.2.1.6.1 鋰離子電池的能量密度
2.2.1.6.2 鋰離子電池的續(xù)航時間
2.2.1.6.3 鋰離子電池的使用壽命
2.2.1.6.4 鋰離子電池的充電性能
2.2.1.6.5 鋰離子電池的安全性
2.2.1.7 鋰離子電池分類
2.2.1.7.1 磷酸鐵鋰電池
2.2.1.7.2 三元鋰電池
2.2.1.7.3 鈷酸鋰電池
2.2.1.7.4 錳酸鋰電池
2.2.1.7.5 液態(tài)鋰離子電池
2.2.1.7.6 固態(tài)鋰離子電池
2.2.1.7.7 圓柱鋰離子電池
2.2.1.7.8 方形鋰離子電池
2.2.1.7.9 軟包鋰離子電池
a. 軟包鋰電池的基本結(jié)構(gòu)
b. 軟包鋰電池與硬包鋰電池區(qū)別
c. 軟包鋰電池為什么會脹氣
d. 軟包鋰電池的生產(chǎn)流程
2.2.1.7.10 耐高溫鋰離子電池
2.2.1.7.11 耐低溫鋰離子電池
2.2.1.8 鋰離子電池生產(chǎn)工序
2.2.1.9 鋰離子電池性能的影響因素
2.2.1.9.1 正極材料對鋰離子電池性能的影響
2.2.1.9.2 負(fù)極材料對鋰離子電池性能的影響
2.2.1.9.3 隔膜對鋰離子電池性能的影響
2.2.1.9.4 電解液對鋰離子電池性能的影響
2.2.1.9.5 放電深度對鋰離子電池性能的影響
2.2.1.9.6 過充電程度對鋰離子電池性能的影響
2.2.1.9.7 工作溫度對鋰離子電池性能的影響
2.2.1.9.8 放電電流密度對鋰離子電池性能的影響
2.2.1.10 鋰離子電池對正極材料的要求
2.2.1.11 鋰離子電池對負(fù)極材料的要求
2.2.1.12 鋰離子電池對隔膜的要求
2.2.1.13 鋰離子電池對電解液的要求
2.2.1.14 鋰離子電池技術(shù)指標(biāo)
2.2.1.15 鋰離子電池使用注意事項
2.2.1.16 鋰離子電池的應(yīng)用
2.2.1.17 鋰離子電池的發(fā)展?fàn)顩r
2.2.1.18 鋰離子電池的發(fā)展瓶頸
2.2.1.19 鋰離子電池的發(fā)展前景
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《鎢鉬稀土在新能源電池領(lǐng)域的應(yīng)用與市場研究（二，上）》
