电动自行车及其电池的研究
小组成员：位会棉部迎秋刘晓芳乔建兰
摘要：
本文对电动自行车电池的绿色发展问题进行了分析，并介绍了其造成的污染问题，由此着重介绍了几种新型电池。并对当前由电动车造成的交通混乱问题提出了解决方案。
关键词：电动自行车 铅酸蓄电池 锂聚合物电池 能源 电池污染
电动自行车（以下简称电动车）是自行车的延伸产品之一，是以蓄电池作为辅助能源，能实现人力骑行、电动或电助功能，可以在非机动车道上行驶的特种车。电动车自20世纪80年代面市，90年代改进，至2000年得到迅速发展，随着越来越多的城市对环境保护的重视，电动车越来越引起人们的关注。[1]电动自行车工业的快速发展，使其实现了产业化。电动自行车得到了用户和社会的认可和承认，电动自行车实现了市场价值之后，更要关注自身的问题，即电池的绿色发展问题。电动自行车不排尾气、不耗油，是环保的交通工具，又是适合城市使用非常便捷的交通工具，应该讲是绿色环保的交通工具。但电动自行车蓄电池生产和回收过程中仍存在一些环保问题。电动车普遍采用的铅酸蓄电池报废后的污染问题还没有得到有效解决。通过调查，在认识到电动车行业广阔发展前景的同时，了解电动车所产生的污染、安全问题。并提出一些解决办法或建议。在实践中，培养学生的公民意识、参与意识和社会责任感。
1、电动车的循环能源
石油和电力是工业的动力，而“油”和“电”最主要的区别是前者是不可再生的稀缺资源，会面临枯竭，后者是含有大量可再生成分的有巨大发展前景的能源，水能，风能，潮汐能，太阳能等等都可以生成电能，还有丰富的核能尚处于待开发状态，因此，从长远的观点，尽量地以“电”代“油”，是人类社会发展的方向。而电动车正是以蓄电池为载体的以“电”代“油”的产品，属于循环能源利用产品，其对于节约不可再生能源具有重大意义，且减少有害物质排放、有利环境保护。
2、电动车电池污染
电动车所用电池通常为铅酸电池。[2]铅酸蓄电池除了重量方面不占优势外，其它性能方面和性价比都是非常优秀的，且是所有二次电池中能够完全回收的蓄电池，理论上可以真正实现无排放。铅不排放到环境中，自然对环境不能产生影响。尽管很多厂家已逐步采用无镉合金，但仍有很多厂家使用。铅酸蓄电池厂为什么使用镉呢？在电动自行车蓄电池研发之前，用于汽车、固定电源、铁路、矿山、军用等所有蓄电池并不加镉。因为不加镉的铅酸蓄电池要想做成深循环长寿命的蓄电池工艺条件比普通的蓄电池难，比较苛刻。我国铅酸蓄电池厂是非常多的，大约2 000多家，有些条件不具备的厂家，又想生产电动自行车电池，只能加镉来弥补设备不足、条件落后、工艺控制不能实现的缺陷，来生产含镉的电动自行车铅酸蓄电池。因为加镉后电池做起来简单了，电池不易出问题，致使很多厂家在铅酸蓄电池中加镉。
含镉铅酸蓄电池在使用中不会溢漏，在这个过程中对环境或用户不会产生影响。但在生产过程中，操作工人受到直接危害，生产过程中排出的废渣、废水、废气都会对环境产生巨大的危害。特别是回收过程中，很难单独提炼出镉，镉将以尘、渣的形式进入
【3】环境，危害是巨大的。上海交通大学的张文保教授介绍了镉的毒性：镉的致毒浓度范
围低至0.001~0.01×10-6，镉能在生物体内逐级地、成千上万倍地富集，通过食物链进入人体器官中积蓄起来。镉也是一种化学致癌物，能导致肺癌、前列腺癌等。目前，人们已认识到镉的危害，为了为我们的子孙后代留下一点净土，人们已大力倡导使用无镉电池，只要电动自行车厂少使用含镉电池，也就是对环保做了贡献。
3、电池的新时代---锂电池
锂电池用于电动自行车电池是近几年发展起来的，在以前主要是由于安全问题使得在电动自行车电池上的使用受到限制。近几年以磷酸铁锂作为正极材料，大大提高了锂电池的安全性，使它大批量应用于电动自行车上。锂电池容量高、电压高、重量轻、寿命长，和铅酸蓄电池形成了竞争，现在主要的问题是锂电池的价格偏高，随着大批量生产和技术的不断改进和提高，前景是非常广阔的。锂电池基本没有污染，锂电池使用的原材料，均是低毒或无毒材料，电池报废后，即使不进行处理，污染也是很低的，不存在重金属污染，不会长期残留，是绿色环保的电池。锂离子电池的快速发展，将使电动自行车工业发展更趋健康、更加环保。
3.1 锂电池主要分为【4】两大类：一次锂电池和二次可充电锂电池。一次锂电池不可充电，只适用于某些特殊的场合，我们在这里不作详细的介绍。将介绍各种二次可充电锂电池，主要包括锂离子电池（Lithium- Ion） 和锂聚合物电池（Lithium-Polymer）。锂是元素周期表中原子量最小（6.94）、比重量小（0.534g/cm3，20℃）、电化学当量最小〔0.26g/(A·k)〕、电极电势最负（- 3.045V）的金属。锂作为负极的锂电池具有开路电压高(3V 以上)，比功率高(超过200W·h·k- 1 和400W·k·L- 1)，放电电压平稳，适用范围大和使用寿命长等特点。早期的锂电池直接在负极中使用金属锂，容易在充电过程中产生锂沉积和锂枝晶，并且产生腐蚀现象，大大缩短了电池的循环寿命，严重时可造成电池短路甚至爆炸。
3.2 为了解决这一问题，人们开发出了锂离子电池。所谓锂离子电池，是在正极和负极中采用可以容纳锂离子的晶状结构活性材料，使锂离子随着充放电从正极转移到负极或者从负极转移到正极。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样道理，当对电池进行放电时(即使用电池的过程)，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。
3.3 锂聚合物电池是目前最先进的可充电电池【5】，欧、美、日等各国都大力进行研究和开发。聚合物锂离子电池主要优点：体积小、重量轻、能量密度高(120Wh/kg～160Wh/kg)、自放电小、无记忆效应、安全性能好、可制成任意形状(这是最为关键的)。现有的锂离子充电电池由于电解液较多，可燃性高，在安全方面难以保证。而锂聚合物充电电池使用多孔性高分子材料为电解质，减少了电解液，不易泄露，因而能够确保其安全性。
4、电动车安全与应对措施
近年来，由于电动自行车费用少、价格低，受到众多中低档家庭的青睐，因而电动自行车如雨后春笋般在大小城区遍地发芽，成为广大城乡市民出行的重要代步工具。随着电动自行车数量的急剧增加，在给人们带来方便和快捷的同时，也造成了交通秩序混乱和交通事故增多。我们还发现现在许多城市都发行“禁电令”。因为电动自行车无名分，国家对机动车实行登记制度，而在公布的《车辆生产企业及产品公告》中，电动自行车
未被列入机动车产品，今年5月1日起实施的新《道路交通安全法》也未将其列入非机动车。因此，电动自行车实际上处于一种无名分的地位，“公安机关无权为其办理牌照，不能登记的车就不能挂牌，没有挂牌的车在道路上行驶交警部门就无权抓。”其二，车速普遍超标。我们小组经访问过几家电动自行车卖店的老板后得知：只需剪限速线或换一个大瓦的电池，就可将电动自行车提速近10公里／小时！一般的可以达到30公里／小时，配置高的可达40多公里／小时，在市区行驶时速度不输给普通摩托车，甚至有的电动车上的仪表盘最高值设计为70公里／小时。由于速度过快，而电动车刹车时稳定性差，制动距离增大，所以发生交通事故的危险性也高。其三，没有安全性能检测。机动车必须每年参加年检，而电动自行车因不能登记无须参加定期安全性能检测，而且没有规定使用年限。其四，电动自行车的驾驶人不需考驾驶证即可骑车上路，通常缺乏必要的交通安全常识和驾驶技能，而且没有戴安全头盔，在造成交通秩序混乱的同时，极易引发交通事故。其五，由于其未登记档案，一旦发生交通事故后车主逃逸，案件的侦破难度相当大。
应对措施
（1）建立健全关于电动自行车管理的法律法规。
（2）交、巡部门严格执法，对电动自行车进行集中治理整顿。
（3）作为我们大学生加大宣传电动车安全知识，交通管理部门应当采取切实有效的方法和措施，加强对电动自行车行驶、停放和牌证的管理力度。
5、结语
环保和节能是电动自行车发展的基础和保证，方便和快捷是电动自行车发展的优势和动力。可以预见，在电动自行车电池性能不断提高的情况下，电动自行车必将成为绝大多数人们的代步工具。
参考文献：
【1】 柴树松.电动自行车蓄电池的绿色发展.电动自行车,2009，2：36.
【2】 柴树松 .电动自行车蓄电池的绿色发展 .电动自行车,2009,2:37.
【3】 张文保.采用铅锑镉合金板栅的利弊.蓄电池.
【4】 徐振.锂电池一般特性及管理系统分析 .化工与材料,2009 ,10 .10.
【5】 郑如定.锂离子电池和聚合物电池概述.通信电源技术,2002,10.5:8.
