钨钼稀土在新能源电池领域的应用与市场研究（二，上）

第I部分 电池、钨、钼和稀土的介绍

第二章 常见电池的介绍（上）

2.1 铅酸电池

铅酸电池（Valve-Regulated Lead-Acid，缩写为“VRLA”），又称阀控铅酸蓄电池，是一种广泛应用的蓄电池类型。它的正极主要成分是二氧化铅，负极是以铅为主，而电解液则是硫酸溶液。

一个单独的铅酸电池单元的标称电压为2.0V，它可以在放电时降至1.5V，而在充电时升至2.4V。通常情况下，为了达到更高的电压需求，我们会将6个单元的铅酸电池串联在一起，以组成标称电压为12V的铅酸电池，当然也可以形成24V、36V、48V等其他电压等级。

铅酸电池的历史可以追溯到1859年，由法国人普兰特发明。自那时以来，铅酸电池在理论研究和产品开发方面都取得了长足的进展。它广泛应用于多个领域，包括但不限于交通、通信、电力、军事、航海和航空等经济领域。铅酸电池由于其可靠性和性能，成为这些领域中不可或缺的能量储存解决方案。

根据铅酸电池的结构和用途的不同，我们可以将其大致分为四大类：

启动用铅酸电池：这类电池通常用于启动和点火汽车发动机。它们需要在瞬间提供大量电流以启动发动机。

动力用铅酸电池：这种类型的电池通常用于电动汽车、高尔夫球车和其他需要连续动力输出的应用中。

固定型阀控密封式铅酸电池：这些电池通常用于UPS（不间断电源）系统、太阳能储能系统以及需要备用电源的应急场合。

其他类：包括小型阀控密封式铅酸电池、矿灯用铅酸电池等，这些电池在一些特殊应用中发挥着独特的作用。

铅酸电池的广泛应用和不断创新使其成为电力领域中不可或缺的能量储存技术，同时也促进了其性能和可持续性的改进。

2.1.1 铅酸电池基本结构

铅酸电池结构包括正极材料，负极材料，隔板，电解液，安全阀，端子，外壳和盖子等。

铅酸电池基本结构

在铅酸电池中，一部分数量的电解液被吸收在极片和隔板中，以此增加负极吸氧能力，阻止电解液损耗，使电池能够实现密封。

2.1.1.1 铅酸电池正极材料

2.1.1.2 铅酸电池负极材料

2.1.1.3 铅酸电池隔板

2.1.1.4 铅酸电池电解液

2.1.2 铅酸电池工作原理

2.1.3 铅酸电池主要特性

2.1.4 铅酸电池生产工序

2.1.5 铅酸电池性能的影响因素

2.1.5.1 正极材料对铅酸电池性能的影响

2.1.5.2 负极材料对铅酸电池性能的影响

2.1.5.3 隔膜对铅酸电池性能的影响

2.1.5.4 电解液对铅酸电池性能的影响

2.1.5.5 放电深度对铅酸电池性能的影响

2.1.5.6 过充电程度对铅酸电池性能的影响

2.1.5.7 工作温度对铅酸电池性能的影响

2.1.5.8 浮充电压对铅酸电池性能的影响

2.1.5.9 保养不到位对铅酸电池性能的影响

2.1.6 铅酸电池技术指标

2.1.7 铅酸电池使用注意事项

2.1.8 铅酸电池的应用

2.1.9 铅酸电池的发展状况

铅酸蓄电池产业在国民经济中扮演着至关重要的角色，其影响不仅涵盖了工业、交通、通信、金融、国防军工、航海航天、新能源储能等产业，还渗透至人们日常生活的方方面面。因而该行业对于经济和国防建设事业具有不可替代的重要性。近二十年来，铅酸蓄电池行业正经历着从传统低端产业向新型中高端产业的转型。

从2005年开始，中国已经成为全球最大的铅酸蓄电池生产、出口和消费国，行业总产量的年均增长率一度超过11%。然而，随着中国经济步入减速调整的新常态，进入2018年后，铅酸蓄电池行业的总产量增速略有下降，稳定在8.5%以下，进入了一个中低速但稳健发展的新阶段。这个阶段标志着铅酸蓄电池产业在不断适应市场需求和国家政策引领下，迈向更高端和可持续的发展道路。

根据工信部数据，2020年1月至12月，全国电池制造业主要产品中，铅酸蓄电池产量约22735.6万千伏安时，同比增长12.28%；锂离子电池产量约188.5亿只，同比增长14.4%。

华经产业研究院消息显示，2021年中国铅酸蓄电池产量为21650万千伏安时，同比下降4.8%。市场规模呈现逐年增长，2021年中国铅酸蓄电池市场规模约为1685亿元，同比增长1.6%。预计2022年市场规模达到1742亿元，同比增长3.4%。据中钨在线统计海关数据，2022年中国用于起动活塞式发动机的铅酸蓄电池进口量86.67万个，同比减少23.88%，进口金额4.56亿元，同比减少29.85%；其他铅酸蓄电池进口量270.36万个，同比减少42.20%，进口金额4.71亿元，同比减少22.02%。2022年中国用于起动活塞式发动机的铅酸蓄电池出口量4869.10个，同比增长5.54%，出口金额62.99亿元，同比增长16.03%；其他铅酸蓄电池出口量16356.27个，同比增长14.06%，出口金额193.17亿元，同比增长17.57%。

尚普咨询集团消息显示，2023年全年中国铅酸蓄电池产量预计为24500kVAh，同比增长3.6%；中国铅酸蓄电池市场规模预计为1750亿元，同比增长3.9%。从细分市场来看，2023年全年中国铅酸蓄电池细分市场占比结构中：汽车起动（起动电池）占比达44%、电动车动力（动力电池）占比27%、通信领域占比9%、电力（风力、太阳能发电）占比7%。

据中钨在线统计海关数据，2023年1-8月中国用于起动活塞式发动机的铅酸蓄电池进口量38.15万个，进口金额1.81亿元；其他铅酸蓄电池进口量150.62万个，进口金额3.22亿元。2023年1-8月中国用于起动活塞式发动机的铅酸蓄电池出口量3829.27个，出口金额45.86亿元；其他铅酸蓄电池出口量12085.01个，出口金额99.92亿元。

从产量结构上看，国内铅酸蓄电池产量主要集中于浙江、湖北和河北，此外，江苏、安徽、广东三地也占据一定的比例。国内铅酸蓄电池产量最高的省份是浙江省，占全国铅酸蓄电池总产量约28%；其次是湖北省，占比约12%；第三河北省，占比约11%。

目前国内铅酸蓄电池行业的龙头企业主要有天能股份、骆驼股份、超威动力、南都电源、圣阳股份、万里股份、雄韬股份、猛狮科技等。

2.1.10 铅酸电池的发展瓶颈

2.1.11 铅酸电池的发展前景

2.2 锂离子电池

2.2.1 锂离子电池基本结构

2.2.1.1 锂离子电池正极材料

2.2.1.1.1 磷酸铁锂正极材料

2.2.1.1.2 三元锂材料

2.2.1.1.3 钴酸锂正极材料

2.2.1.1.4 锰酸锂正极材料

2.2.1.2 锂离子电池负极材料

2.2.1.2.1 锂离子电池碳负极材料

a. 锂离子电池石墨化碳负极材料

b. 锂离子电池无定形碳负极材料

2.2.1.2.2 锂离子电池非碳负极材料

非碳系负极材料在锂离子电池领域中具有广泛的研究和应用，它作为替代传统碳负极材料的一种选择，有望提高电池性能和能量密度。常见的锂离子电池非碳系负极材料包括钨基材料、钼基材料、硅基材料、锡基材料、钛基材料、合金负极材料等。

钨基材料：包括氧化钨（WO3）和二硫化钨（WS2）。钨基材料具有较高的理论比容量，可以实现高能量密度的电池，但其应用受到材料体积变化较大的挑战。

钼基材料：钼基材料如氧化钼（MoO3）和二硫化钼（MoS2）在锂离子电池中具有应用潜力，因其储锂性能较好。

硅基材料：硅负极材料因其高容量而备受关注，但受到硅膨胀引起的体积变化问题的制约。研究者通过纳米化和复合材料的设计来解决这一问题。

锡基材料：锡基负极材料包括氧化锡（SnO2）和锡化合物，如锡化钠（Na4Sn3）等。它们具有高容量和高充放电效率，但也伴随着体积膨胀问题。

钛基材料：钛基负极材料如氧化钛（TiO2），具有较低的储锂容量，但其安全性较高，不易发生极端热失控。

合金负极材料：包括锡基合金、硅基合金、锗基合金等。合金负极材料结合了多种元素的优点，可以提供高容量和相对较好的稳定性。

这些非碳系负极材料的应用通常伴随着一些挑战，如体积膨胀、循环稳定性、材料成本等。因此，研究者正在不断寻求新的合成方法和材料设计，以克服这些挑战，从而提高电池性能，延长循环寿命，降低成本，以满足不断增长的能源储存需求。

a. 锂离子电池钨基非碳负极材料

钨基非碳负极材料是一种锂离子电池负极材料，它的特殊之处在于它的成分包括过渡金属钨化合物，而不是传统的碳材料。常见的应用于负极材料中的过渡金属钨化合物有氧化钨（如黄色氧化钨和紫色氧化钨）、二硫化钨和二硒化钨。

钨基非碳负极材料特点：高储锂能力：能够吸收和释放更多的锂离子，从而增加电池的容量。高导电性：钨基非碳负极材料通常具有较高的电导率，这有助于电池的高效率运行。较长的循环寿命：在多次充放电循环后仍能保持电池性能，进而减少电池更换的频率，降低维护成本。高化学稳定性：可以在电池充放电过程中维持其结构完整性。

b. 锂离子电池钼基非碳负极材料

钼基非碳负极材料是一种锂电池负极材料，其特点是使用过渡金属钼化合物作为功能性添加剂，以代替传统的碳材料，具有较高的储锂能力，优异的电导率，良好化学稳定性等。

钼基非碳负极材料可以应用于锂离子电池的负极，包括便携式电子设备、电动汽车、储能系统等。它们能够改善电池的容量、循环寿命和安全性能。

锂离子电池中的钼基非碳负极材料是一种使用过渡金属钼化合物作为功能性添加剂的非碳负极材料。这种材料通常用于替代传统的碳负极材料，以提高电池性能和循环寿命。常见的应用于负极材料中的过渡金属钼化合物有氧化钼（MoO2），硫化钼（MoS2），硒化钼（MoSe2）等。

钼基非碳负极材料的特点与钨基非碳负极材料的特点相似，具体如下：高理论容量：能够存储更多的锂离子。良好的首次效率：这意味着该负极材料在初始充电时能够更有效地接受锂离子。循环寿命：钼基非碳负极材料可以经受多次充电和放电循环而不快速退化。较高的安全性，不易使电池发生热失控或其他安全问题。

钼基材料可以应用于锂离子电池的非碳负极材料，进而能为便携式电子设备、电动汽车、储能系统等设备提供能量。

c. 锂离子电池硅基非碳负极材料

d. 锂离子电池钛基非碳负极材料

e. 锂离子电池锡基非碳负极材料

f. 锂离子电池合金负极材料

2.2.1.3 锂离子电池隔膜

2.2.1.3.1 锂离子电池聚乙烯隔膜

2.2.1.3.2 锂离子电池聚丙烯隔膜

2.2.1.4 锂离子电池电解液

2.2.1.4.1 锂离子电池液态电解质

2.2.1.4.2 锂离子电池固态电解质

2.2.1.5 锂离子电池工作原理

2.2.1.6 锂离子电池主要特性

2.2.1.6.1 锂离子电池的能量密度

2.2.1.6.2 锂离子电池的续航时间

2.2.1.6.3 锂离子电池的使用寿命

2.2.1.6.4 锂离子电池的充电性能

2.2.1.6.5 锂离子电池的安全性

2.2.1.7 锂离子电池分类

2.2.1.7.1 磷酸铁锂电池

2.2.1.7.2 三元锂电池

2.2.1.7.3 钴酸锂电池

2.2.1.7.4 锰酸锂电池

2.2.1.7.5 液态锂离子电池

2.2.1.7.6 固态锂离子电池

2.2.1.7.7 圆柱锂离子电池

2.2.1.7.8 方形锂离子电池

2.2.1.7.9 软包锂离子电池

a. 软包锂电池的基本结构

b. 软包锂电池与硬包锂电池区别

c. 软包锂电池为什么会胀气

d. 软包锂电池的生产流程

2.2.1.7.10 耐高温锂离子电池

2.2.1.7.11 耐低温锂离子电池

2.2.1.8 锂离子电池生产工序

2.2.1.9 锂离子电池性能的影响因素

2.2.1.9.1 正极材料对锂离子电池性能的影响

2.2.1.9.2 负极材料对锂离子电池性能的影响

2.2.1.9.3 隔膜对锂离子电池性能的影响

2.2.1.9.4 电解液对锂离子电池性能的影响

2.2.1.9.5 放电深度对锂离子电池性能的影响

2.2.1.9.6 过充电程度对锂离子电池性能的影响

2.2.1.9.7 工作温度对锂离子电池性能的影响

2.2.1.9.8 放电电流密度对锂离子电池性能的影响

2.2.1.10 锂离子电池对正极材料的要求

2.2.1.11 锂离子电池对负极材料的要求

2.2.1.12 锂离子电池对隔膜的要求

2.2.1.13 锂离子电池对电解液的要求

2.2.1.14 锂离子电池技术指标

2.2.1.15 锂离子电池使用注意事项

2.2.1.16 锂离子电池的应用

2.2.1.17 锂离子电池的发展状况

2.2.1.18 锂离子电池的发展瓶颈

2.2.1.19 锂离子电池的发展前景

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