肖磊 李世隆 王琦 楊麗 宋博 賈剛

（中國自行車協(xié)會 北京 100079）

0 引言

鉛蓄電池作為一種技術(shù)成熟、高性價比、可回收利用的優(yōu)良動力電池，在電動自行車行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著人們對環(huán)保意識的不斷增強，鉛蓄電池的技術(shù)工藝及加工方法也在跟著不斷進步，推動了電動自行車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

鉛蓄電池的主要組成部分為正極板、負極板和隔板。正極板一般是由二氧化鉛（α-PbO和β- PbO）組成的活性物質(zhì)，負極板主要是由海綿狀鉛（Pb）組成的活性物質(zhì)，隔板本身材料為電子絕緣體 ，用于吸附電解質(zhì)溶液。當(dāng)鉛蓄電池的正負極被接通時，電池將進行放電。放電時正極發(fā)生的反應(yīng)為：

PbO+ HSO+ 2H+ 2e→ PbSO+ 2HO

負極發(fā)生的反應(yīng)為：

Pb + HSO→ PbSO+ 2H+ 2e

總的反應(yīng)公式為：

PbO+ 2HSO+ Pb → 2PbSO+ 2HO

1 中國電動自行車行業(yè)現(xiàn)狀

我國電動自行車行業(yè)經(jīng)歷了由小到大、由弱變強的跨越，經(jīng)歷了抗擊國際金融危機、保持平穩(wěn)健康發(fā)展的挑戰(zhàn)，經(jīng)歷了調(diào)整振興、轉(zhuǎn)型升級、轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展的變革。行業(yè)整體面貌發(fā)生了巨大變化，創(chuàng)造出了輝煌的業(yè)績，奠定了我國電動自行車生產(chǎn)大國、出口大國、消費大國的地位。

根據(jù)各主產(chǎn)區(qū)行業(yè)協(xié)會調(diào)查統(tǒng)計并結(jié)合國家統(tǒng)計局規(guī)模以上企業(yè)數(shù)據(jù)，2020 年全國電動自行車產(chǎn)量為4 126.1 萬輛，同比增長14.3%。2020 年1—12 月，電動自行車出口量201.8 萬輛，同比增長38.9%；出口額8.21 億美元，同比增長36.1%，出口量和出口額均比上年有較大幅度增長。1998 年至2020 年，我國電動自行車累計產(chǎn)量約4.8 億輛。充電器市場每年保持2 位數(shù)增長。我國電動自行車產(chǎn)量逐年增長情況，如圖1 所示。按照電動自行車平均使用壽命8 年估算，截至2020 年年末，我國電動自行車社會保有量約有3 億輛。

圖1 中國電動自行車歷年產(chǎn)量情況

根據(jù)產(chǎn)量區(qū)域劃分，電動自行車主要產(chǎn)區(qū)為天津、江蘇、浙江等地區(qū)，圖2 為2020 年我國電動自行車主要產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)量占比。

圖2 2020 年中國電動自行車主要產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量分布情況

2 中國電動自行車行業(yè)鉛蓄電池使用現(xiàn)狀

鉛蓄電池作為電動自行車的動力源，是決定電動自行車性能的重要部件。目前，正在使用的電動自行車鉛蓄電池的基本情況如下：

2.1 產(chǎn)品標(biāo)準體系建設(shè)

標(biāo)準的制定工作具有很強的技術(shù)性，是一項涉及多個方面的系統(tǒng)工程。目前，在鉛蓄電池技術(shù)比較先進的歐洲、日本、北美等國家和地區(qū)，基本采用IEC 標(biāo)準。我國也在逐步與國際接軌。2019 年4 月15 日開始實施的新國標(biāo)GB 17761—2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》，嚴格限定了電動自行車的整車質(zhì)量不超過55 kg。新標(biāo)準的實施，完善了電池的綜合治理標(biāo)準體系，強化了安全使用的強制化治理，對推動我國電動自行車鉛蓄電池的安全使用，具有重大意義。為適應(yīng)國標(biāo)的要求，各主要電池廠家根據(jù)電動自行車的新標(biāo)準對電池做了專項研發(fā)。表1 列出了目前電動自行車用鉛蓄電池主要適用的國家標(biāo)準。

表1 電動自行車用鉛蓄電池標(biāo)準列表

目前，正在制定的強制性國家標(biāo)準有《電動自行車用充電器安全技術(shù)要求》和《電動自行車電氣安全要求》，正在制定的推薦性國家標(biāo)準有《電動自行車集中充電設(shè)施設(shè)備技術(shù)規(guī)范》。

2.2 產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)

電動自行車在使用中最突出的問題就是電池的容量、可靠性及安全性。目前，各鉛蓄電池廠家都注重電池安全測試和質(zhì)量管理，以減少電池安全事故，降低使用時的危險性，保證使用安全；不斷提高鉛蓄電池比能量，特別是體積比能量，以適用電動自行車的小型化及輕量化的發(fā)展趨勢；通過改進板柵合金，采用活性物質(zhì)添加劑、薄極板、雙極性技術(shù)、膠體技術(shù)、卷繞技術(shù)以及改進充電方式等措施來改善其性能，提高鉛酸電池的制造工藝技術(shù)。部分廠家針對電池壽命問題，開發(fā)了長壽電池，延長電池使用年限。例如，天能集團研究院的郭志剛等，從電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計、板柵合金、固化及充電化成工藝4 個方面進行了長壽命鉛蓄電池的研發(fā)。實驗表明，采用整體鑄焊、匯流排直接膠封的結(jié)構(gòu)，能夠改善電池使用壽命；在板柵合金中添加稀土和銀，能夠提高板柵的耐腐蝕性和蠕變強度，延長電池使用壽命。同時，越來越多的先進材料被采用到鉛蓄電池的制造過程中。例如，超威電源有限公司在鉛膏中加入一定含量的石墨烯，這樣可以有效抑制負極硫酸鹽化，改善電動自行車用鉛蓄電池的循環(huán)使用壽命。

2.3 配套充電器的安全使用

充電器的質(zhì)量對電動自行車用鉛蓄電池使用壽命有著很大的影響?！峨妱幼孕熊囉眯铍姵丶俺潆娖?第1 部分：密封鉛酸蓄電池及充電器》對電動自行車用鉛蓄電池充電器提出了具體的要求。近年來，各種新型充電器及智能充電方法逐步在電動自行車行業(yè)開始普及，人們通過充電器的智能控制模式，有效解決了充電過程中的高溫?zé)崾Э?、低溫欠充電等問題，并可通過合適的脈沖充電方式抑制極化和硫化，延長鉛蓄電池使用壽命。

2.4 廢舊電池回收利用

鉛蓄電池的平均使用壽命約為3 年，在一些使用量極大的條件下（如外賣電動自行車等），鉛蓄電池的平均使用壽命約為1 年。依照現(xiàn)有電動自行車保有量測算，2020 年，電動自行車廢舊鉛蓄電池產(chǎn)生量約為200 萬t，可回收利用再生鉛130 萬t。隨著電動自行車產(chǎn)量的逐年提升及外賣電動自行車的占比逐年遞增，廢舊鉛蓄電池的產(chǎn)生量也將逐年增長，廢舊鉛蓄電池的回收與梯次利用在不斷完善和創(chuàng)新。如圖3 所示，超威集團通過“以舊換新、逆向物流”等方式回收廢舊鉛蓄電池：將代理商庫房按照環(huán)保要求改建后，作為廢舊鉛蓄電池暫存點；在規(guī)劃區(qū)域的工業(yè)園區(qū)內(nèi)租賃大型庫房，依照環(huán)保要求改建作為中轉(zhuǎn)站，暫存點的廢舊鉛蓄電池定期被運送至指定中轉(zhuǎn)站進行集中貯存；采用危險廢物專用車輛將中轉(zhuǎn)站的廢舊鉛蓄電池集中運往有資質(zhì)的再生鉛企業(yè)進行冶煉；再生鉛產(chǎn)品作為原料供應(yīng)給電池生產(chǎn)企業(yè)，從而形成上下游產(chǎn)業(yè)鏈的閉合循環(huán)，有效提高鉛循環(huán)利用率，降低生產(chǎn)成本的同時保護環(huán)境。

圖3 超威集團鉛蓄電池循環(huán)利用體系

2.5 鉛蓄電池生命周期環(huán)境影響

鉛蓄電池全生命周期主要污染物排放清單如表2 所示。山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院劉巍和清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院田金平基于對鉛蓄電池產(chǎn)業(yè)鏈的廣泛調(diào)研，提出了鉛蓄電池生命周期環(huán)境影響模型，分析了從原材料生產(chǎn)、電池生產(chǎn)、運輸、使用以及廢舊電池回收的全生命周期環(huán)境影響，識別關(guān)鍵節(jié)點，提出改善建議，為鉛蓄電池行業(yè)的鉛污染防控提供了科學(xué)的依據(jù)。

表2 1 kW·h 鉛蓄電池生命周期主要污染物排放清單

減少電動自行車鉛蓄電池生命周期環(huán)境影響的主要措施有：提高電池壽命和循環(huán)充電次數(shù)；鼓勵發(fā)展新技術(shù)，減少電池鉛消耗；完善廢舊電池的回收利用技術(shù)等。

3 電動自行車及鉛蓄電池的行業(yè)展望

2021 年，面對內(nèi)外部環(huán)境和自身條件的變化，中國自行車協(xié)會結(jié)合行業(yè)實際，組織制定了行業(yè)“十四五”發(fā)展系列指導(dǎo)意見，該意見涵蓋總體及技術(shù)進步、品牌標(biāo)準、人才、“走出去”四個專項；通過落實系列指導(dǎo)意見，全力推動行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，促進行業(yè)加速向制造強國邁進。

3.1 雖受新冠肺炎疫情影響，但我國電動自行車近2 年的生產(chǎn)量及保有量均保持穩(wěn)定增長。2021 年市場仍將保持穩(wěn)定增長，總產(chǎn)量和保有量持平或略有上升，預(yù)計2021 年電動自行車產(chǎn)量為4 200 萬輛。整體市場的穩(wěn)定將保證鉛蓄電池需求量繼續(xù)保持穩(wěn)定。

3.2 電動自行車用鉛蓄電池及充電器的國家標(biāo)準尚需進一步完善，以便適應(yīng)快速發(fā)展的電動自行車市場。

3.3 鉛蓄電池需進一步提高質(zhì)量，增加充放電循環(huán)次數(shù)、比能量，配置智能充電器，通過技術(shù)改進完善性能，提高市場競爭力。