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日期:2019-01-25 | 作者:缅甸小勐拉

结构拆解、发展趋势、回收再利用……关于铅酸蓄电池所有知识都在这里了!(蓄电池产业必读

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  铅酸蓄电池由于其安全稳定、性价比高等优点,在电池领域占据较高的市场份额,并被广泛应用于汽车启动、通信领域、动力电池与储能电池等领域。纵观整个铅酸蓄电池市场,从竞争数量、退出壁垒、同质化程度,以及竞争层次来看,铅酸蓄电池行业处于成熟阶段,但行业整体素质参差不齐,受到企业自身因素的局限,多数企业集中于低端产品,打价格战,目前市场上现有企业竞争激烈。本文从铅酸蓄电池的结构、产业地位与发展趋势、回收与存在问题、解决对策、锂电池威胁下铅蓄电池生存空间遭挤压、新能源汽车动力电池发展对铅酸蓄电池行业的影响等多方面进行深入剖析!

  蓄电池是1859年由法国人普兰特(Plante)发明的,至今已有一百多年的历史。自发明后,在化学电源中一直占有绝对优势。到20世纪初,铅酸蓄电池历经了许多重大的改进,提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。然而,开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点:①充电末期水会分解为氢,氧气体析出,需经常加酸、加水,维护工作繁重;②气体溢出时携带酸雾,腐蚀周围设备,并污染环境,限制了电池的应用。

  近二十年来,为了解决以上的两个问题,世界各国竞相开发密封铅酸蓄电池,希望实现电池的密封,获得干净的绿色能源。铅酸蓄电池技术经过多年发展,其比能量、循环寿命、高低温适应性等问题已有所突破。目前我国正逐渐缩小与国际领先技术的差距,在部分核心技术方面已达到国际水平,并且越来越多地进入国际市场。

  铅酸蓄电池主要由正极板组、负极板组、隔板、容器和电解液等构成,其结构如下图所示:

  铅酸蓄电池的正、负极极板由纯铅制成,上面直接形成有效物质,有些极板用铅镍合金制成栅架,上面涂以有效物质。正极(阳极)的有效物质为褐色的二 氧 化 铅,这层二 氧 化 铅由结合氧化的铅细粒构成,在这些细粒之间能够自由地通过电解液,将正极材料磨成细粒的原因是可以增大其与电解液的接触面积,这样可以增加反应面积,从而减小蓄电池的内阻。负极(阴极)的有效物质为深灰色的海绵状铅。在同一个电池内,同极性的极板片数超过两片者,用金属条连接起来,称为极板组或极板群。至于极板组内的极板数的多少,随其容量(蓄电能力)的大小而异。为了获得较大的蓄电池容量,常将多片正、负极板分别并联,组成正、负极板组。

  安装时,将正、负极板组相互嵌合,中间插入隔板,就形成了单格电池。在每个单格电池中,负极板的片数总要比正极板的片数多一片,从而使每片正极板都处于两片负极板之间,使正极板两侧放电均匀,避免因放电不均匀造成极板拱曲。

  在各种类型的铅酸蓄电池中,除少数特殊组合的极板间留有宽大的空隙外,在两极板间均需插入隔板,以防止正、负极板相互接触而发生短路。这种隔板上密布着细小的孔,既可以保证电解液的通过,又可以阻隔正、负极板之间的接触,控制反应速度,保护电池。隔板有木质、橡胶、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃等数种,可根据蓄电池的类型适当选定。吸附式密封蓄电池的隔板是由超细玻璃丝绵制作的,这种隔板可以把电解液吸附在隔板内,吸附式密封蓄电池的名称也是由此而来的。

  容器是用来盛装电解液和支撑极板的,通常有玻璃容器、衬铅木质容器、硬橡胶容器和塑料容器四种。容器用于盛放电解液和极板组,应该耐酸、耐热、耐震。容器多采用硬橡胶或聚丙 烯塑料制成,为整体式结构,底部有凸起的肋条以搁置极板组。壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格,各单格之间用铅质联条串联起来。容器上部使用相同材料的电池盖密封,电池盖上设有对应于每个单格电池的加液孔,用于添加电解液和蒸馏水以及测量电解液密度、温度和液面高度。

  铅酸蓄电池的电解液是用蒸馏水稀释高纯浓硫酸而成的。它的密度高低视铅蓄电池类型和所用极板而定,一般在15℃时为1.200~1.300g/cm3。蓄电池用的电解液(稀硫酸)必须保持纯净,不能含有危害铅酸蓄电池的任何杂质。电解液的作用是给正、负电极之间流动的离子创造一个液体环境,或者说充当离子流动的介质。电解液的相对密度对蓄电池的工作有重要影响,相对密度大,可减少结冰的危险并提高蓄电池容量,但相对密度过大,则黏度增加,反而降低蓄电池容量,缩短使用寿命。应根据当地最低气温或制造厂家的要求选择电解液相对密度。

  加液孔盖上有通气孔,可使蓄电池化学反应中产生的气体顺利排出。加液孔盖上的通气孔应经常保持畅通,使蓄电池内部的氢 气与氧气排出,防止蓄电池过早损坏或爆炸。

  由于蓄电池各单格为串联连接,因此不同极性的极柱要用联条连接起来。联条用铅锑合金铸成,有外露式、跨桥式和穿壁式三种,前者用在硬橡胶外壳和盖上,后两者用在塑料外壳和盖上。外露式是指联条外露在蓄电池的上面;跨桥式是指联条下部在蓄电池的平面上或埋在盖下,连接部分跨接在各单格电池的中间壁上;穿壁式是指在中间壁上打孔,使极板组柄直接穿过中间隔壁将各单格电池连接起来。穿壁式联条的连接方式如下图所示:

  铅酸蓄电池为世界上产量最大的电池产品,生产量占全部电池总量的50%,据了解,即便是在发达国家和地区,至今也仍大量生产和使用铅酸蓄电池。近年来,铅酸蓄电池行业在加快淘汰落后产能、提高产业集中度、促进转型升级和绿色发展方面,取得了显著成绩。但事实上,铅酸蓄电池生产以及废弃可能造成的环境污染问题仍然没有得到根治。

  面对铅酸蓄电池可能带来的铅污染问题,一般来说企业只要严格遵循国家环保规定,是完全可以有效控制污染的。然而,这背后需要企业付出巨额的环保投入。据业内专家介绍,由于铅酸蓄电生产过程中极易产生污染,对环保设备要求极高。仅环保设备占到总投资额的20%~30%,建成之后还有不断的后续环保投入。目前工厂每生产1万千伏安时蓄电池的环保运行费用需要3万到6万元,而其销售收入不过五六百万元,利润率很低,大多数企业净利润只有3%,最高也不会超过5%,所以在面对巨额的环保投入时,大量相关企业望而却步,为了赢得更高的收益,选择对环境问题视而不见。

  铅酸蓄电池用途广泛,短期内没有更好的产品可以替代它。它也是电池行业中资源循环利用最好的产品,大部分的铅酸蓄电池都可以被收集、循环利用,符合我国可持续发展的政策目标。面对环保整治和相关行业规范政策的实施,以及锂离子电池等新型电池在多个领域的广泛应用,由于自身的缺陷以及市场的发展,铅酸蓄电池唯有积极转型升级,才能够站稳脚。因而,我国铅酸蓄电池行业转型升级需求日渐迫切。

  我国是全球最大的铅酸蓄电池生产国、消费国和出口大国。铅酸蓄电池行业主要实行以销定产,铅酸蓄电池生产数量减去出口的数量大致为国内消费数量。2016年中国铅酸蓄电池产量为22353万千伏安时,国内铅酸蓄电池需求量为20168万千伏安时,从2005年至2016年,国内企业铅酸蓄电池产量呈波动式增长,年均复合增长率达10.17%。预计到2018年国内铅酸蓄电池产量将达23598万千伏安时,国内铅酸蓄电池需求量将达22015万千伏安时。在“十三五”期间铅酸蓄电池产量预计复合增长率为10.76%,预计到2022年国内铅酸蓄电池产量将达27359万千伏安时,国内铅酸蓄电池需求量将达25879万千伏安时。

  铅酸蓄电池由于其安全稳定、性价比高等优点,在电池领域占据较高的市场份额,并被广泛应用于汽车启动、通信领域、动力电池与储能电池等领域。分析认为,铅酸蓄电池将在行业不断升级和下游需求扩大双重驱动下,保持一定增长幅度,未来10年内铅酸蓄电池仍将是电池市场的主流。从全球范围来看,2015年铅酸蓄电池市场规模为429.94亿美元,这一市场规模仍将保持2%-5%的年增长率,预计到2022年全球市场规模将达到547亿美元。2015年我国规模以上电池企业主营业务收入总额为4473.55亿元,其中铅蓄电池主营收入约1260亿元,约占28.17%。2017年全国电池企业主营业务收入6538.3亿元,其中铅蓄电池主营收入约1195亿元,约占18.28%。可见铅蓄电池销售收入在整个电池行业中所占比例较大,尽管在储能领域被锂离子电池部分替代,但难以动摇铅蓄电池的市场地位。

  轻工业化学电源研究所曹国庆认为,根据产业结构调整,铅蓄电池工艺技术重点发展拉网、连铸连轧等扩展式板栅制造和连涂极板制造技术,发展卷绕结构铅蓄电池和铅碳电池等新型结构铅蓄电池。发展电池自动化生产装备,发展废旧电池回收再生利用技术与装备,建立规范的废电池回收体系,发展含铅废水深度处理技术,发展环保技术装备与在线监测技术装备。随着不断提升清洁生产技术水平,铅蓄电池仍将具有较好市场发展前景。

  近年来,虽然企业陆续建立了多个铅酸蓄电池生产回收基地,但回收乱象还是频发,带来的环境污染问题更是一个接一个,这也让废旧铅酸蓄电池回收中存在的问题暴露了出来。

  铅酸电池中铅极板含量超过70%,市场上对铅酸电池的回收也主要集中在这一部分。每只废旧铅酸电池一般含有20%左右的硫酸及悬浮的含铅化合物,经过静置澄清的废电解中含铅达7-10g/L。

  许多个体户回收废旧铅酸电池后,简单地将电池破碎,只将含铅量较高的电极和栅板卖掉,而较难回收的含铅酸液直接倒掉,这部分酸液及铅对环境也造成了较大的污染。

  目前我国还没有由蓄电池生产商或再生铅生产厂家建成的全国性和区域性的回收网络,废旧铅酸蓄电池正规回收的比率约 30%,个体及其他渠道占70%。这些个体渠道大多属于不合法的三无企业,废电池流向不规范的再生铅企业是导致铅污染的重要因素。

  总体来看,我国废铅蓄电池数量庞大,但废铅酸电池回收行业处于无序状态。每年产生的废铅酸蓄电池总量大,而一般铅酸蓄电池中含铅量在70%-80%。据统计,超过90%使用过的铅酸电池虽有回收,但由于回收机制的不健全,个体户的泛滥,含铅酸液绝大部分直接倒掉。初步估计,仅铅酸电池回收环节每年就有大量的铅直接排放到环境中 4. 回收的技术

  目前,我国废铅蓄电池再生铅厂绝大部分技术落后、规模小、能耗高,导致污染严重。铅酸电池回收小企业主要采用传统的小反射炉、鼓风炉和冲天炉等熔炼工艺,板栅和铅泥一起混炼,基本上未经预处理工艺,甚至有些企业采用原始的土窑土炉冶炼,环境污染严重。

  铅酸蓄电池在生产和回收过程中出现的污染现象屡禁不止,对于非法处理废旧蓄电池的现象,不仅要求司法机关严厉打击还要建立完整的回收利用机制,细化蓄电池的生产者、销售者、消费者的回收责任。国务院办公厅印发《生产者责任延伸制度推行方案》,对铅酸蓄电池等4类产品实施生产者责任延伸制度,要求引导生产企业建立产品全生命周期追溯系统。除此之外,电动交通工具的销售者必须要承担废旧电池回收站的功能,对于送来的废旧电池要做到来者不拒,不以消费者是否在此购买商品为前提。销售者还要承担环保宣传的责任,图文并茂地说明非法处理废旧蓄电池的危险性,政府应该给予回收站相应的补贴。

  作为防止废旧蓄电池污染环境的最后防线,消费者的责任也必须细化,蓄电池的产品追溯系统要明确消费者非法处理废旧蓄电池的法律责任,蓄电池上要有明确的回收站地址,对于报废期过后无正当理由未将废旧蓄电池环保处理的消费者,环保执法部门可以建立处罚制度进行罚款或曝光。

  同时,也要大力发展再生铅业务。业内人士建议鼓励和支持具有产业链整合能力的绿色循环生产企业构建全国废旧铅蓄电池规范化回收体系,打造废旧铅蓄电池生产、收集等全产业链整体解决方案,实现绿色制造、回收、转移、处置,引领铅蓄电池行业走生态文明、可持续发展之路。上海有色网近年来致力打造互联网+的废铅酸蓄电池回收系统平台,目前该平台已被业内多个企业成功应用。

  2018年5月,国家标准委发布《电动自行车安全技术规范强制性国家标准》(以下简称“新国标”),根据新国标中规定的整车质量来说,锂电池其实更具优势。前段时间,网上出现了我国将全面禁止电动自行车使用铅酸蓄电池、锂电池将代替铅蓄电池的小道消息,但小道消息与官方信息还差的很远,经证实,此消息为假消息,目前还没有明文规定,但消息背后,我们也要看到锂电池代替铅蓄电池是必然趋势。

  锂电池和铅酸电池是电动车最常见的动力来源,近年来铅酸电池行业进行了一系列的改革整治,行业洗牌加速,同时锂电池异军突起,已经开始蚕食铅蓄电池的市场份额。随着环保压力的加大及国家政策对锂电池的政策导向支持,加之近几年来对铅蓄电池行业的持续高压治理和监管,目前铅酸电池市场持续疲软。但锂电池要在电动自行车行业普及,仍然将面临着传统铅酸电池生产商的巨大阻力。国家如要大力推进锂电池的发展,需要对铅酸电池的环保标准、重量等方面做出更多的限制条件,淘汰一批实力弱小的中小企业,同时督促大型企业改进技术和转型。锂电池与铅酸电池的竞争在所难免,很多企业也早已闻风而动,提前布局,已经开始重金布局锂电池。

  2016年2月,赣锋锂业和猛狮科技先后公告,分别拟定增募资15亿元完善锂产业链及加码锂电池生产。

  当月,坚瑞消防公告称,公司拟作价52亿元收购沃特玛100%股权,同时,拟9.90元/股发行股份募集配套资金25亿元。沃特玛成立于2002年,是国内最早成功研发磷酸铁锂新能源汽车动力电池、汽车启动电源、储能系统解决方案并率先实现规模化生产和批量应用的动力锂电池企业之一。

  此外,胜利精密也在当年2月发布公告称,子公司苏州捷力之全资子公司合肥捷世新材料有限公司拟购进10条锂离子电池隔膜生产线及部分关键设备,合计约9.3亿元人民币。

  2016年3月赣锋锂业公告称,公司和中植投资管理有限公司、苏州安靠电源有限公司及其股东许玉林签订了《投资意向书》,公司和中植投资或其指定的关联主体拟合计向安靠电源以增资的方式投资2亿元,将触角延伸到电池电源领域。

  就在今年,天能、超威、南都等电池厂也都在锂电池版块继续扩大产能,这无疑也顺应了发展大势,对于铅蓄电池的发展来说,也是受到重创。

  我国是全球最大的铅酸蓄电池生产国、消费国和出口大国。铅酸蓄电池也是目前世界上产量最大、用途最广的一种电池,但自2015年新能源汽车产业爆发之后,铅酸蓄电池的地位就受到了挑战。

  有报道指出,自2015年以来,国内铅酸蓄电池产出已开始呈现小幅下滑态势。主要因为以传统的铅酸蓄电池为动力的电动自行车行业发展已达到饱和阶段,对国内铅酸蓄电池的应用推动有所放缓。随着新能源汽车电池部分对传统汽车铅酸蓄电池的逐渐替代,尤其是2020年及以后,其替代影响和冲击将进一步攀升。因此国内铅酸蓄电池产销有不断收缩可能,后期整体国内铅酸蓄电池行业的发展或将处于相对被动的格局中。

  不过,也有业内人士此前曾表示,铅酸蓄电池产品历史悠久,技术成熟,在功率特性、高低温性能、组合一致性、回收再利用和价格等方面具有优势。同时,铅酸蓄电池也是化学电池中市场份额最大、使用范围最广的电池产品,在内燃机起动、大规模储能等应用领域尚无成熟替代产品。所以,在短期内,铅酸蓄电池尚不能被其他电池产品所取代。整体来看,未来中国新能源汽车发展前景相对乐观,数据显示,2017年国内新能源汽车占国内汽车总产量约为2.4%左右,2018年或将提高至3.4%。因此,由于基数较小的原因,2020年以前,新能源汽车产量在国内汽车总产量的占比仍相对于偏低,或维持在5%以内的范围内。所以传统的汽车用铅酸蓄电池行业仍占据主导,受到的冲击影响或相对较小。预计至2020年及以后,随着新能源汽车产出的进一步提升,其产量占比也逐渐提高,至2020年和2025年或将达到6%和16%以上。

  在上海有色网主办的2018(第八届)再生铅蓄电池产业峰会上,理士国际技术有限公司采购总经理胡广凡表示,铅酸蓄电池的前景非常广阔,在市场中的比例呈上升趋势。2017 全球铅酸蓄电池规模为3169亿元,预计到2025年,铅酸蓄电池仍然保持6%以上的年复合增长率。梯次电池完全替代铅酸电池为时尚早,在后续很长一段时间内,梯次电池能否切换取代铅酸蓄电池有待商榷。

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