【技术】解析启动电池不能被宽温高倍率磷酸铁锂电池替代的原因
启动电池又称起动型蓄电池，启动电池是一种专门用于摩擦车、车辆、船舶、燃油机和飞机起动、点火和照明的供电电源。目前广泛使用的是铅酸蓄电池，其发展历史已超百年，具有技术成熟可靠、资源丰富、安全稳定等特点，电池组额定电压一般为12V或24V，额定容量涵盖36～210Ah，比能量为35～45Wh/kg（按20h放电率能量计）。据工信部统计，2021年中国铅酸蓄电池产量约为23200万kVAh，预计到2025年国内铅蓄电池产量将达25000万kVAh。其中起动型铅酸蓄电池占比最大，可达总产量的45%以上，预计2025年国内汽车起动电池市场规模有望达到330亿元，年复合增长率约5%；而全球起动电池市场空间有望超1500亿元，年复合增长率约2%。
在起动用铅酸蓄电池领域，已建立了较为完善的标准体系，包括国标和国军标，如GB/T5008.1-2013《起动用铅酸蓄电池第1部分：技术条件和试验方法》、GB/T5008.2-2013《起动用铅酸蓄电池第2部分：产品品种规格和端子尺寸、标记》、GJB516C-2020《军用汽车铅酸蓄电池规范》等。
综合分析看，启动电池核心关键性能指标包括宽温域下的大电流放电性能、循环寿命和安全性能等。相较于储能领域的“铅改锂”浪潮，启动用铅酸蓄电池还未开启大规模锂电替代模式，那为什么启动电池还未进入“铅改锂”浪潮，采用宽温高倍率磷酸铁锂电池呢？
01、普通磷酸铁锂电池的低温大电流放电性能较差
这恰好是起动电池的关键技术指标之一。在前文提到的GB/T5008.1-2013中，关于低温起动能力有两项试验，其一是蓄电池完全充电结束24h后，放置在带有空气循环的低温箱中于-18±1℃放置24h以上，取出后2min内以Icc（A）电流放电30s，记录放电10s和30s时的蓄电池端电压，要求10s端电压≥7.5V，30s端电压≥7.2V；另一项是蓄电池完全充电结束24h后，放置在带有空气循环的低温箱中于-29±1℃放置24h以上，取出后2min内以Icc L（A）电流放电30s，记录放电10s和30s时的蓄电池端电压，要求10s端电压≥7.5V，30s端电压≥7.2V。而在GJB516C-2020中，还要求蓄电池完全充电结束24h后，放置在带有空气循环的低温箱中于-41±1℃放置24h以上，取出后2min内以0.6Icc（A）电流放电30s，记录放电10s和30s时的蓄电池端电压，要求10s端电压≥7.5V，30s端电压≥7.2V。常规锂离子电池在-18℃、-29℃、-41℃等低温下的放电电压过低，并不能满足上述指标要求，因此限制了其在起动电池领域的应用。
02、汽车给起动电池提供较大存放空间，对能量密度的要求不严格
从铅酸电池更换为锂离子电池后，需要配合改变供电和用电系统的一系列零部件，再加上锂离子电池本身制造成本就稍高于铅酸电池，由此导致的成本上升使得汽车厂商将起动电池更换为锂离子电池的意愿并不强烈。然而，铅酸电池并不是未来起动电池的最佳选择，其存在充电时间长、寿命短、能量密度低、低温充电容量低、自放电大等诸多短板，“禁铅令”的发布也宣告了其前景的终结。因此，起动电池领域需要找到一种综合性能更优的方案。2021年9月24号，中国化学与物理电源行业协会发布了关于制定《锂离子电池12V车载低压电源系统》协会团体标准的征求意见函，意见函提到汽车电动化、智能化纵深发展，种类繁多的传感器、芯片的加入，使原有电气架构日益乏力。首当其冲地，12V铅酸车载电源“吃电深度”加大，会进一步缩短电池使用寿命，放大其大倍率放电性能弱、重量大等痛点，已不再适用于未来的电动化、智能化汽车。
总之，国内外车企已陆续开启12V车载电源的铅改锂替代研究，可以预判宽温高倍率磷酸铁锂电池成为起动电池领域最有希望替代铅酸电池的技术方案。
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