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铅酸蓄电池由正极板、负极板、隔板、电解液、塑料槽等组成。铅酸蓄电池正极活性物质为二氧化铅(PbO2),负极活性物质是铅(Pb),电解液是稀硫酸,正负极之间由隔板隔开,电解液中的离子可以通过隔板中的微孔,电极上的电子不能通过隔板。铅酸蓄电池放电后,正极板的活性物质二氧化铅(PbO2)转化成硫酸铅(PbSO4)附着在正极板上,负极活性物质铅(Pb)也转化成硫酸铅(PbSO4)附着在负极上,电解液中的硫酸扩散到极板中去,电解液的浓度降低。铅酸蓄电池在充电时,发生相反的反应。通过充电、放电反应,铅酸蓄电池可以反复使用,直到储存的容量达不到电器的要求时,寿命终止。
产品分类:按照电池中极板的结构分为板式、管式和卷绕式等类别,分别称为平板式电池、管式电池和卷绕式电池。此外,根据铅酸蓄电池中电解液处于游离状态和吸附(或固定)状态,分为富液式蓄电池和贫液式蓄电池。贫液电池中,电解液吸附在玻璃纤维隔板中的蓄电池常设计成阀控密封式,称为阀控式密封蓄电池;电解液用二氧化硅胶体固定的蓄电池称为胶体电池。
产品发展优势:铅酸蓄电池是化学电池中市场份额最大、使用范围最广的电池,特别是在起动和大型储能等应用领域,在较长时间尚难以被其他新型电池替代。铅酸蓄电池价格较低,具有技术成熟、高低温性能优异、稳定可靠、安全性高、资源再利用性好等比较优势,市场竞争优势明显。相对于其他电池金属材料,铅资源比较丰富,铅储量和再生铅保证铅酸蓄电池产业可持续发展的年限相对较长,铅酸蓄电池大量应用,较长时间内不会造成铅资源短缺。铅酸蓄电池不足之处在于:能量密度偏低、循环寿命偏短,主要原材料铅是一类有毒物质,电池生产和再生铅加工过程中存在铅污染风险,管理不善可能会对环境和人体健康造成危害。
随着新技术的突破和新结构的应用,铅碳电池、双极性电池、非铅板栅电池等先进铅酸蓄电池的不断问世,改变了质量能量比偏低、循环寿命较短等不足,并且随着法规制度的逐步健全和管理水平的提升,铅污染的风险也可防可控。为铅酸蓄电池产业的持续发展注入了新的活力。在未来,铅酸蓄电池仍将在备用电源、储能、起动、动力等应用领域发挥重要的作用。其产品主要优劣势为:
--产品优势:
①性能比较优势:目前,大规模产业化的二次电池主要有铅酸蓄电池、镉镍电池、氢镍电池和锂离子电池。镉镍电池含有剧毒元素镉,已逐步被其他电池所替代。目前,市场上应用最广泛的电池为铅酸蓄电池、锂离子电池和氢镍电池。
相较于其他二次电池,铅酸蓄电池主要有以下性能比较优势:A、实现工业化生产的时间最长、技术最成熟的电池,性能稳定、可靠,适用性好;B、采用稀硫酸作电解液,无可燃性,电池采用常压或低压设计,安全性好;C、工作电压较高、工作温度范围较宽,适用于混合电动车(HEV)等高倍率放电应用;D、能浮充电使用,浅充浅放电性能优异,适用于不间断电源(UPS)、新能源储能、电网削峰填谷等领域;E、大容量电池技术成熟,能制成数千安时的电池,为大规模储能提供了便利。
②成本比较优势:铅酸蓄电池是最廉价的二次电池, 单位能量的价格是锂离子电池或氢镍电池的 1/3 左右。此外,铅酸蓄电池的主要成分为铅和铅的化合物,铅含量高达电池总质量的 60%以上,废旧电池的残值较高,回收价格超过新电池的 30%,因此铅酸蓄电池的综合成本更低。
③再生利用比较优势:铅酸蓄电池组成简单,再生技术成熟,回收价值高,是最容易实现回收和再生利用的电池。全球再生铅产量已经超过原生铅产量,美国废铅酸蓄电池铅的再利用率已超过 98.5%,我国废铅酸蓄电池的再利用率也达到 90%以上。镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池多为小型电池,且组成复杂,再生成本高,回收难度大,再生产业难以实现市场化运营。目前,前述电池全球的平均回收比例不足 20%,特别是锂离子电池,多数国家尚未实现有效回收和再生。
--产品劣势:
①能量密度偏低:传统的铅酸蓄电池质量和体积能量密度偏低, 能量密度只有为锂离子电池的1/3 左右,氢镍电池的 1/2 左右,并且体积较大,不适宜在质量轻、体积小的场合使用。未来,铅酸蓄电池能量密度仍有较大的提高空间,尤其是泡沫碳等采用新材料、新技术的铅酸蓄电池。
②循环寿命偏短:传统铅酸蓄电池循环寿命较短,理论循环次数为锂离子电池 1/3 左右。铅酸蓄电池的循环寿命提高的空间仍然比较大,特别是新材料、新结构和新技术的铅酸蓄电池,如双极性铅酸蓄电池、铅碳电池等。
③产业链存在铅污染风险:铅是铅酸蓄电池的主要原材料,铅占电池质量的 60%以上,全球铅酸蓄电池的用铅量占总用铅量的 80%以上。铅为重金属,铅酸蓄电池制造产业链(包括原生铅冶炼、电池制造、电池回收、再生铅冶炼)存在较高的铅污染风险,管理不善会对环境造成污染和对人体健康产生危害。
--铅酸蓄电池与环保:铅酸蓄电池制造是用铅的主要行业,其产业链在原生铅冶炼、蓄电池生产、废旧蓄电池回收、再生铅冶炼存在铅污染风险,但是该产业链全过程的铅污染可以实现有效控制。铅污染防治的技术较为成熟, 国外已有成套有关原生铅和再生铅冶炼的技术和设备可以提供,国内的铅冶炼技术基本成熟,包括铅酸蓄电池制造在内,只要按规范配置先进的环保设备,环保设备正常运行,基本不会造成铅污染事件的发生。
在铅酸蓄电池制造领域,先进的清洁化、自动化、机械化生产装备,以及先进的环保技术与装备,得到了广泛的应用,使得铅烟铅尘、水中铅化合物得到有效处理,铅污染得到有效控制。先进生产工艺有:一炉多机板栅铸造工艺、铅锭冷切技术、自动化包片与刷片、内化成工艺等。先进环保工艺有:高效脉冲式铅尘处理器、 多级湿式铅烟处理器、 碱雾喷淋式酸雾处理器、 废水中水回用系统等。过去我国频繁发生的铅污染事件主要是由于相关法规、 政策不够完善和全过程管理不足造成的。主要表现在五个方面:一是冶炼厂之间的无序竞争,特别是小冶炼、非法冶炼厂为了以低价争夺市场,采用土法冶炼的方法,无环保设施或设施运行不正常;甚至也有一些大冶炼厂为了降低成本,存在环保治理不规范的现象,造成原生铅企业污染事件的发生。二是铅酸蓄电池制造业小厂数量众多,其生产装备落后,无法配置齐全和先进的环保设备和卫生防护设施,不利于环境保护和资源利用。三是铅酸蓄电池回收完全处于无组织回收状态,这是造成铅、酸污染的重要环节。四是废旧蓄电池大量流向小型再生铅厂,因环节管理失控,造成经常性环境污染事件的发生。五是动力铅酸蓄电池存在镉污染风险。
行业产量:据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国铅酸蓄电池市场运营格局及投资潜力研究预测报告》统计数据显示:2018年铅酸蓄电池行业面对国家严格管理、原材料波动等复杂的竞争环境,在应用市场相对稳定的情况下,虽然产量稍有降低,铅蓄电池行业总体运行平稳,但下行压力依然存在。
国内年产量增速放缓,未来年总产值保持稳定。据工信部统计,截至2018年7月,铅酸蓄电池产量90.25GWh,与2017年同期持平, 2018年全年铅酸蓄电池产量在208GWh左右。
市场消费特点:铅酸蓄电池消费季节性明显,一般来说,二季度是消费淡季,三季度是动力型蓄电池消费旺季,起停型铅酸蓄电池的销售旺季通常为每年的第四季度。
2019年中国铅酸蓄电池消费领域规模比重分析
数据统计:中金企信国际咨询
产业前景:铅酸蓄电池技术十分成熟,是世界上使用最广泛的化学电源。尽管近年来锂离子电池在新能源领域应用广泛,但铅酸蓄电池仍然凭借大电流放电性能强、电压特性平稳、温度适用范围广、单体电池容量大、安全性高和原材料丰富且可再生利用、价格低廉等一系列优势,广泛应用于汽车启动电池和启停电池领域。汽车起动电池销量与下游汽车行业密切相关,在汽车产销量和保有量不断增长的背景下,汽车起动电池市场规模呈现持续增长的态势,持续增长的汽车销量和保有量为汽车起动电池的发展提供了良好的市场环境。此外,受国内双积分政策的影响,油耗限值压力陡增,预计未来几年启停系统将成为燃油车标配,铅酸启停电池市场空间巨大。
铅酸蓄电池是汽车零部件中的消耗品,主要供给汽车配套市场和维护市场。配套市场主要为汽车整车厂商的新车配套,每辆新车需配一只电池。维护市场主要用于存量车维修和保养时更换蓄电池。汽车蓄电池的平均使用寿命为1-3年,假设每年有40%的存量汽车需要更换起动电池,维护市场每年的对电池的需求量约为汽车保有量的40%。因此,汽车蓄电池年需求数量(只)约为每年的新车产量与汽车保有量40%之和,换算为电池容量kVAh,大约是数量的0.7倍。根据汽车销量和保有量测算,预计2021年汽车启动电池市场空间有望达到429亿元。
2015-2021年铅酸蓄电池市场空间现状及预测
|
2015 |
2016 |
2017 |
2018 |
2019 |
2020E |
2021E |
汽车销售(万辆) |
2459.8 |
2802.8 |
2887.9 |
2808.1 |
2576.9 |
2370.7 |
2560.4 |
同比增速 |
4.7% |
13.9% |
3.0% |
-2.8% |
-8.2% |
-8.0% |
8.0% |
汽车保有量(万辆) |
17228 |
19440 |
21743 |
24028 |
26000 |
27690 |
29351.4 |
同比增速 |
5.9% |
12.8% |
11.8% |
10.5% |
8.2% |
6.5% |
6.0% |
启动电池需求量(万只) |
9351 |
10578.8 |
11585.1 |
12419.3 |
12976.9 |
13446.7 |
14301 |
同比增速 |
- |
13.1% |
9.5% |
7.2% |
4.5% |
3.6% |
6.4% |
启动电池需求量(万kVAh) |
6545.7 |
7405.2 |
8109.6 |
8693.5 |
9083.8 |
9412.7 |
10010.7 |
单价(元) |
300 |
300 |
300 |
300 |
300 |
300 |
300 |
市场规模(亿元) |
280.5 |
317.4 |
347.6 |
372.6 |
389.3 |
403.4 |
429 |
数据统计:中金企信国际咨询