鉅大LARGE | 點擊量：2212次 | 2019年04月17日
鉛酸電池不被鋰離子電池取代的原因
鉛酸電池之所以在啟動電源領域占據統治地位而不被鋰離子電池取代，自有其原因：
1需求
目前鋰離子電池主要應用在手機、平板電腦等3C類電子產品領域，在已經商業化的電池中具備最高的能量密度，但是仍然不能滿足人們的需求，為什么？歸結起來一句話，有限的空間內塞不進去更大的電芯。鋰離子電池自1990年索尼公司商業化以來雖然在制造工藝和研發新材料方面不斷進步，但是其反應機理和商業化的正負極材料（石墨和鈷酸鋰）基本沒有發生本質的變化。所以相對于電子產品遵從摩爾定律的升級速度來說顯然跟不上腳步，但是人們對3C產品的體積、重量又有著嚴格的要求，所以能夠提供給電池的空間有限，故只能在續航上做出讓步；
但是汽車則不同，他能夠提供足夠大的電池存放空間，雖然鋰離子電池具有較高的能量密度，但是為了節省掉那一點點空間而更改全套的供電和用電系統，如@梁睿智所言，這顯然是一個費事耗力的事情，需要一系列的用電零部件配合；從成本上來說不劃算，在空間成本和相關配套元件的更改成本選擇上，汽車廠商更愿意選擇前者，畢竟這么點空間相對整個汽車來說并不是多大的事情。
所以從需求程度上來說，廠商對啟動電源更換為鋰離子電池的意愿并不強烈。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2性能
盡管大家都公認鋰離子電池有一統江湖的趨勢，但是至少在兩個方面他是弱于鉛酸電池的，而這兩點在汽車啟動電源上更是招招致命：低溫性能和大電流性能。
首先說低溫性能，鉛酸電池在低溫下的放電性能其實還是很不錯的，在-10℃的溫度下以10C倍率放電時，10V以上的電壓保持時間能夠大于90s，這足以應付中國絕大多數地區的惡劣環境；而鋰離子電池的低溫性能要差上許多，尤其是呼聲最高的LiFePO4（磷酸鐵鋰）材料，其低溫下的放電性能將會急劇衰減，在東北和西北地區很難實現實際應用，或者說距離實際應用還有很遠的路要走。
其次是大電流特性，汽車在啟動時的瞬間電流大都在200A以上，豪華轎車可能更高。就目前的鋰離子電池正負極材料石墨和鈷酸鋰而言，二者都不屬于高功率型的負極材料，在高倍率下性能急劇下降；而當前研究比較成熟的高功率型負極材料Li4Ti5O12（鈦酸鋰）和正極材料LiFePO4，他們自身又存在很大的硬傷，前者是脹氣，后者則是批次性和低溫性能差，二者都會導致電池性能的快速衰減，還有可能帶來安全隱患。
3安全性
啟動電源使用在汽車上大都是固定在發動機艙的位置，且具有較高的密閉性，因此安全性對汽車來說至關重要，幾百安的電流瞬間釋放出來所帶來的熱量和潛在危險不言而喻。
鉛酸電池的安全性在目前的電池系統里屬于極高的等級，首先，大電流性能優異意味著電池不容易發生意外；其次，即便發生意外，正負極材料都是鉛的化合物，而電解液還是硫酸溶液，三者都不易燃，只能是導致周圍的零部件燃燒。
而鋰離子電池的負極材料是石墨，碳材料的一種，易燃性就不需要多說了。電解液是酯類溶劑和鋰鹽，酯類溶劑不僅易燃而且還有極強的揮發性（實驗室開關手套箱所帶來的芳香氣味大都拜它所賜），一旦大量放熱或者在汽車碰撞時容易發生燃燒甚至爆炸，將事故推高一個等級，后果不堪設想。同時，還有一個重要的因素不可忽略，鋰離子電池在大電流放電時容易在負極形成鋰枝晶，刺穿隔膜導致電池內部短路進而爆炸，這在鋰電界是一個共識。其實其他的問題還有很多，比如電池長期處于高荷電態（SOC）下帶來的電極材料穩定性等也是一個較大的問題，目前關于其研究還不多，許多機理還不清楚，等等，鋰離子電池的安全性問題太多了，在這里就不一一說明了。
4成本
在成本上看，鉛酸電池的成本毫無疑問是最低的，無論是電極材料，電解液還是裝配環境要求等都遠遠低于鋰離子電池。
就電極材料而言，鋰離子電池電極材料大都需要復雜的工藝制備，且要經過一個高溫熱處理過程（石墨化溫度大于2000度，正極材料也大都需要七八百度），成本大都在15-20w/噸以上，石墨可能會低一些；鉛酸電池使用的氧化鉛和硫酸鉛相對來說成本會低很多。電解液的話鋰離子電池使用多個酯類溶劑價格較高，而且對含水量有嚴格的要求，大都在幾十個ppm以內，電解質鹽六氟磷酸鋰不僅貴而且還容易分解，造成危險，分解產物之一就是恐怖的HF，百度一下即可知道它的危害！而鉛酸電池則是硫酸溶液，這個就不需要多說了吧。
5環境
目前社會上的呼聲大都說鉛酸電池污染環境，鋰離子電池對環境友好等，其實這是一個很大的誤區，之前由于南方小鉛酸電池廠太多不注意環保而大肆排放，而且加上國家想要縮減鉛酸電池的規模，大力發展新能源，因此媒體的論調也有較強的針對性，實際并非如此。
目前鉛酸電池相對于鋰離子電池而言做得最好的部分就是回收機制。現在鉛酸電池主要應用在電動自行車和啟動電源領域，這兩個領域都有很強的針對性，那就是用戶在換電池時都回到專門的店里去更換，為什么？可以把舊電池折成錢買新的啊！根據我的觀察，廣大的縣城鄉鎮電動自行車主基本都有這樣的意識，汽車更不必說。這些廢舊的電池基本都會再回到專門的鉛板回收工廠進行二次處理重新制備電極材料。
鋰離子電池你見過有專門的機構回收再用來制備電極材料嗎？不好意思，我沒見過。原因如下：第一，鋰離子電池應用領域太廣，這就決定了他的回收難度；第二，鋰離子電池大都是小型的，平常大家手機或者mp3等不用了大都是直接扔了或者賣了，這些電池最后基本都躺在了垃圾桶里面，雖然鋰離子電池里面重金屬較少，只有正極材料含有鈷金屬，但是扛不住全世界這么大的用戶體量啊，長期來看，這還是個問題，不過目前并沒有機構很重視這個問題，國家應該在這個問題上會越來越重視的。
所以總的來看鉛酸電池只要在制造過程中注意好相關的環保措施是沒有問題的，因為在使用中都是密封免維護的，最終又會有相對應的回收機制。
總結
本人有幸去過國內的江森自控蓄電池公司上海和長興工廠，感覺公司的保護機制做得非常到位，電池的制造自動化程度也很高；在汽車啟動電源領域，國內最好的公司是風帆（保定）和駱駝（襄陽）。在電動自行車領域，國內最好的則是超威和天能（浙江長興），根據在里面工作的同學的經驗，大都在環保上做得很不錯。
其實鉛酸電池絕對算是化學電源界的一顆常青樹，誕生至今已經有一百多年了，近年來雖然一直說要用鋰離子電池來取代，但是我覺得在一些領域暫時是根本無法取代的，至少三五十年內是不可能的。大家要用發展的眼光看問題，鉛酸電池的研究也一直在進步，目前在汽車啟動電源領域依然是無敵的存在，鋰離子電池還有很長的路要走！
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