第一節(jié) 鉛酸蓄電池的應(yīng)用概述

鉛酸蓄電池的應(yīng)用面很廣、應(yīng)用量很大。

2000年我國(guó)在各領(lǐng)域中鉛酸蓄電池產(chǎn)量（萬(wàn)KVAH）

第二節(jié) 通信用鉛酸蓄電池的發(fā)展

1970年美國(guó)蓋茨公司首次將超細(xì)玻璃纖維及氧氣復(fù)合原理應(yīng)用于閥控式密封鉛酸蓄電池的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了蓄電池技術(shù)上的重大突破。20世紀(jì)80年代，隨著通信局站分散供電制的推廣，基礎(chǔ)電源設(shè)備與通信交換設(shè)備同處一室，對(duì)蓄電池酸霧的排放量提出了嚴(yán)格限制，VRLA電池以其污染少、腐蝕低的優(yōu)點(diǎn)順應(yīng)了市場(chǎng)的需求。通信事業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展也促進(jìn)了蓄電池技術(shù)的提高，現(xiàn)在，上千安時(shí)的鉛酸蓄電池的生產(chǎn)技術(shù)已相當(dāng)成熟。

目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的VRLA電池主要采用兩種技術(shù)：AGM技術(shù)和GEL技術(shù)。

AGM技術(shù)是貧液式設(shè)計(jì)，電池內(nèi)部沒(méi)有流動(dòng)的電解液，它采用超細(xì)玻璃棉隔板，隔板吸收了足夠的電解液后仍保持10%左右的孔隙作為氧氣的復(fù)合通道，正極析出的氧到負(fù)極復(fù)合，以實(shí)現(xiàn)氧的循環(huán)。它具有自放電小、充電效率高的優(yōu)點(diǎn)，極群采用緊裝配，內(nèi)阻小，適合大電流放電，氣體復(fù)合效率高，酸霧逸出少，初期容量較高，有較好的低溫放電性能。

GEL技術(shù)即生產(chǎn)膠體電池的技術(shù)。膠體電池中氧的復(fù)合通道是膠體收縮時(shí)所產(chǎn)生的裂紋，由于采用富液式設(shè)計(jì)，深放電的恢復(fù)特性較好，能防止電解液干涸，膠體的固定作用使電解液幾乎不存在分層現(xiàn)象，在較高的環(huán)境溫度下，膠體電池有較長(zhǎng)的壽命。但膠體電池在使用初期，裂紋少，復(fù)合效率低，控制閥經(jīng)常打開排放酸霧，無(wú)法充分體現(xiàn)密封蓄電池在環(huán)保方面的優(yōu)越性。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，裂紋增多，這個(gè)缺點(diǎn)自然而然就會(huì)被克服。

近幾年，有關(guān)鉛酸蓄電池的新工藝、新材料、新方法層出不窮，下面簡(jiǎn)要介紹一下鉛酸蓄電池的發(fā)展動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)。

一、工藝技術(shù)

（一）板柵合金

傳統(tǒng)的耐腐蝕板柵不但制造復(fù)雜，而且還易引起早期容量損失、正極膨脹、伸長(zhǎng)和壽命短等問(wèn)題，因?yàn)殂U膏與耐蝕板柵結(jié)合困難。在板柵合金中添加適量的微量元素可大大提高板柵的性能。添加銀，能夠明顯提高板柵的機(jī)械強(qiáng)度和耐蠕變能力，有利于改善VRLA電池的深放電循環(huán)性能。Cd的添加能提高合金的機(jī)械性能，明顯改善板柵與活性物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化活性，提高電池的過(guò)充和深放能力。添加適量的鉍，利于正極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的恢復(fù)，能夠提高循環(huán)壽命，但若添加的含量不當(dāng)，則會(huì)加速失水，加速鉛的腐蝕速度，反而縮短電池的壽命。Pb-Sr合金中理想的Sr濃度可以提高初始容量，但在配制過(guò)程中嚴(yán)重氧化。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，板柵材料的發(fā)展有三個(gè)方向：①快速冷卻合金，制得所有元素的均勻混合物，耐蝕性大大提高。②輕型板柵，用鋁、銅網(wǎng)做基材，表面涂覆鉛，或采用玻璃纖維絲，表面熱擠壓包覆鉛錫合金，成為鉛絲，再編織成鉛布作為板柵；③拉網(wǎng)板柵，由于采用冷擠壓成型，金屬組織比重力澆鑄的要細(xì)密得多，耐蝕性明顯提高，板柵可減薄，提高了生產(chǎn)效率。

（二）正極鉛膏添加劑

VRLA電池是正極限容設(shè)計(jì)，為提高比能量和活性物質(zhì)利用率，主要的 研究 集中在正極活性物質(zhì)上。添加劑的作用機(jī)理有：①影響活性物質(zhì)孔率，鉍在活性物質(zhì)中的“造孔作用”是引起蓄電池容量增大的主要原因；②影響PAM導(dǎo)電性；③影響PAM中晶體的微觀結(jié)構(gòu)和幾何形狀；④影響PAM的機(jī)械強(qiáng)度。

（三）固化和化成技術(shù)

固化是VRLA電池生產(chǎn)的重要工序，對(duì)電池的初期容量、壽命都有較大影響。傳統(tǒng)的固化工藝形成3PbO2·PbO2·H2O（3BS），若采用80℃下高溫和膏技術(shù)可得到4PbO2·PbO2（4BS），4BS制造的電池不僅容量高且壽命長(zhǎng)?；蛇^(guò)程中采用監(jiān)控軟件，可以提高化成工序的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。采用紅丹可縮短固化與化成時(shí)間，使固化易于控制，提高初期容量和生產(chǎn)效率。

（四）電池組裝技術(shù)

極群壓力是決定電池終身壓力的最好參考，電池應(yīng)自始至終保持恒定的壓力，這要求隔板、電池設(shè)計(jì)、裝配都應(yīng)采取相應(yīng)的方法，因?yàn)椴煌母舭逑到y(tǒng)具有不同的氣體擴(kuò)散效率。試驗(yàn)證實(shí)對(duì)極板與隔板采用較大的壓力可以明顯地提高電池的循環(huán)壽命，防止正極活性物質(zhì)膨脹與容量損失。但極群壓力不宜過(guò)大，否則會(huì)壓壞玻棉隔膜，降低孔率和吸酸值，導(dǎo)致容量損失。

二、玻璃棉隔板

隔板的重要性可比為“第三電極”，對(duì)電池的性能有很大影響，它吸收電解液，作為正極析出的氧向負(fù)極擴(kuò)散的通道，防止正負(fù)極短路。新型聚乙烯隔板可以有效地減少Sb3+的遷移和穿透，減少了水損失和自放電。提高隔板中細(xì)纖維的含量可以提高隔板的拉伸強(qiáng)度，深循環(huán)壽命長(zhǎng)，能夠防止大電流放電下的鉛枝晶短路。另外，還可采用多層隔板、復(fù)合纖維隔板、惰性填充劑等改善電池的性能。

三、催化栓

鉛酸蓄電池在通信 行業(yè) 中大部分使用在浮充狀態(tài)下，正極電位很高，氧的析出嚴(yán)重，而催化栓放于密封電池內(nèi)部的上端，補(bǔ)充了傳統(tǒng)氧氣再?gòu)?fù)合機(jī)理的負(fù)極作用，即正極析出的氧被直接復(fù)合，這部分氧不必到負(fù)極去復(fù)合，減輕了負(fù)極的去極化負(fù)擔(dān)，同時(shí)氣體排放量減少，水損失減小。

第三節(jié) 電動(dòng)自行車電池用閥控鉛酸蓄電池

一、取得的成績(jī)

1、外觀滲漏液的問(wèn)題有已基本解決，滲漏液現(xiàn)象已基本沒(méi)有。

2、絕大部分廠家的電池充電末期電流小于0.1A，說(shuō)明合金成分和材料純度符合要求。

3、50次循環(huán)容量衰減率符合指標(biāo)的明顯增加，約占被測(cè)樣本的80%以上，說(shuō)明早期容量衰減（PCL-1）問(wèn)題已能夠解決。

4、容量和比能量有明顯提高。2小時(shí)率（5A）放電容量達(dá)到11-13.5Ah；比能量達(dá)到31-35WH/Kg。

5、壽命明顯提高。100%放電深度的循環(huán)壽命超過(guò)250次，達(dá)到300-400次。有9-10個(gè)樣本循環(huán)壽命超過(guò)250次循環(huán)，其中6-7個(gè)樣本是中小型廠的產(chǎn)品。

6、用Pb-Sb-Cd合金的減少，用Pb-Ca高錫合金的增加，環(huán)保性能提高。

二、存在的問(wèn)題

生產(chǎn)電動(dòng)自行車用閥控鉛酸蓄電池的大小廠家有200多家，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，用戶投訴較多，是存在的主要問(wèn)題。從我們檢測(cè)評(píng)估過(guò)的產(chǎn)品看，主要問(wèn)題和出現(xiàn)的現(xiàn)象是：

1、能夠在容量、比能量、循環(huán)壽命（尤其重要）等全面指標(biāo)達(dá)到要求的生產(chǎn)廠家不多，不超過(guò)20%。

2、電池間的一致性有待提高。質(zhì)量好的電池，在100次循環(huán)前一致性好，到100-150次循環(huán)間才出現(xiàn)不一致。一般廠家的電池在10次循環(huán)內(nèi)就出現(xiàn)不一致，隨循環(huán)進(jìn)行差距越來(lái)越大，電池組容量往往受落后電池牽制衰減率大。

3、微短路，甚至完全短路。發(fā)現(xiàn)造成電池間一致性差的重要現(xiàn)象是個(gè)別單格微短路。還發(fā)現(xiàn)個(gè)別單格在壽命中后期逐漸發(fā)展成完全短路。

4、與充電器參數(shù)未很好匹配。不是欠充電造成電池容量衰減快和電池間的一致性變差、影響循環(huán)壽命，就是過(guò)充電太多造成電池失水多和熱失控。

三、改進(jìn)方向

1、及時(shí)了解國(guó)內(nèi)外發(fā)展的新材料和新技術(shù)，逐步掌握它和通過(guò)試驗(yàn)采用它。

2、加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量管理。生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量管理問(wèn)題，說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，做起來(lái)不易，需要從源頭開始，抓好每個(gè)工序的點(diǎn)滴細(xì)節(jié)環(huán)節(jié)，嚴(yán)格工序檢查、檢測(cè)。

3、要注意與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的其他部件的匹配和優(yōu)化。

4、 研究 蓄電池的維護(hù)技術(shù)。閥控鉛酸蓄電池也叫“免維護(hù)”鉛酸蓄電池，實(shí)際不能完全免維護(hù)。中、后期進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)對(duì)電池有一定的恢復(fù)功能。筆者已對(duì)有的技術(shù)做過(guò)試驗(yàn)，證明確有效果。

總之，蓄電池廠家不只是配套、被動(dòng)的角色，如何做好與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的其他部件匹配和優(yōu)化及中、后期維護(hù)技術(shù) 研究 ，使蓄電池充分發(fā)揮潛力，有很多工作可做。

四、基本估計(jì)

根據(jù)我們對(duì)產(chǎn)品的檢測(cè)評(píng)估和考察部分廠家的情況，基本上可分為如下幾類：

1、容量、容量衰減率、循環(huán)壽命（尤其重要）等全面指標(biāo)達(dá)到要求，而且質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，一致性較好。這類廠家都是大、中型廠，掌握了關(guān)鍵技術(shù)和生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量管理嚴(yán)格。

2、容量、容量衰減率、循環(huán)壽命等全面指標(biāo)達(dá)到要求，但質(zhì)量不夠穩(wěn)定。這類廠家都是中、小型廠，掌握了關(guān)鍵技術(shù)，但生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量管理不夠嚴(yán)格。

3、容量、容量衰減率等指標(biāo)達(dá)到要求，但循環(huán)壽命達(dá)不到要求。這類廠家都是中、小型廠，掌握了關(guān)鍵技術(shù)不全面，生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量管理不夠嚴(yán)格。

4、容量能達(dá)到要求，但容量衰減率、循環(huán)壽命等重要指標(biāo)達(dá)不到要求。這類廠家都是中、小型廠，未掌握關(guān)鍵技術(shù)，生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量管理不嚴(yán)格。

第四節(jié) 對(duì)熱點(diǎn)問(wèn)題的探討

現(xiàn)在圍繞鉛酸蓄電池的 研究 和維護(hù)領(lǐng)域有許多熱點(diǎn)問(wèn)題，歸根結(jié)底都是為了延長(zhǎng)蓄電池的循環(huán)使用壽命。閥控式密封鉛酸蓄電池廣泛用于通信 行業(yè) ，然而，實(shí)際使用中電池早期失效現(xiàn)象常有發(fā)生，電池壽命往往達(dá)不到預(yù)期，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 研究 電池的早期失效機(jī)理并對(duì)癥下藥，成為當(dāng)前的 研究 熱點(diǎn)與重點(diǎn)。

閥控式密封鉛酸蓄電池是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)體系，電池的性能和壽命取決于制備電極的材料、工藝、活性物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)、電池運(yùn)行狀態(tài)和條件等，以下是對(duì)幾個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題的探討。

一、極板的腐蝕

對(duì)浮充電使用的電池，板柵腐蝕是限定電池壽命的重要因素，在電池過(guò)充狀態(tài)下，負(fù)極產(chǎn)生水，正極產(chǎn)生H+，加速了正極板的腐蝕，電池內(nèi)存在酸分層導(dǎo)致極群上端腐蝕、生長(zhǎng)。VRLA電池的浮充電流對(duì)溫度極為敏感，溫度每變化10℃，電流成倍變化。要延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，必須對(duì)其進(jìn)行過(guò)充電及限流保護(hù)。

二、水損失

由于再化合反應(yīng)不完全及板柵腐蝕引起水損失，當(dāng)每次充電時(shí)，產(chǎn)生氣體的速率大于氣體再化合速率，導(dǎo)致一部分氣體逸出，造成水損失。

三、枝狀結(jié)晶生成

當(dāng)電池處于放電狀態(tài)，或長(zhǎng)期以放電狀態(tài)放置，負(fù)極pH值增加，極板上生成可溶性顆粒，促進(jìn)枝狀結(jié)晶生成穿透隔膜造成極間短路，使電池失效。

四、負(fù)極板硫酸鹽化

由于自化合反應(yīng)的發(fā)生，無(wú)論電池處于充電或放電狀態(tài)，負(fù)極總有硫酸鹽存在，使負(fù)極長(zhǎng)期處于非完全充電狀態(tài)，形成不可逆硫酸鹽，使電池容量減少，導(dǎo)致電池失效。

五、溫度補(bǔ)償

充電過(guò)程中，電池內(nèi)的再化合反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱，由于蓄電池的密封結(jié)構(gòu)使熱量不易散出，導(dǎo)致電池溫升過(guò)高，電解液干涸，造成電池的熱失控。另一方面，若沒(méi)有溫度補(bǔ)償，充電控制器有可能過(guò)早關(guān)斷，導(dǎo)致電池充不滿電，長(zhǎng)期如此就會(huì)引起容量下降。解決的方法就是對(duì)VRLA電池的過(guò)充電域值進(jìn)行溫度補(bǔ)償，防止過(guò)充和充電不足，電池管理系統(tǒng)可控制每個(gè)單體電池，補(bǔ)償參數(shù)一般為-2～4mV/℃。

六、充電方法

鉛酸蓄電池的充電過(guò)程中極化現(xiàn)象始終存在并逐漸加劇，嚴(yán)重影響充電質(zhì)量和速度，損傷蓄電池。傳統(tǒng)的恒流充電、恒壓充電、快速充電方法的充電效果不盡完美，其根本原因就是不符合電池的充電接受特性，最大的缺點(diǎn)就是都沒(méi)有去極化措施。定電壓快速充電法模擬一種放電方法，在完成再充電后進(jìn)行大電流脈沖放電以消除小電流放電的缺陷，它首先具有恒壓充電的特性，隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，充電電流自動(dòng)減小，遏止了極化現(xiàn)象的加劇趨勢(shì)，另外采取瞬間放電措施，進(jìn)一步減少極化現(xiàn)象。提高充電機(jī)的穩(wěn)壓、限流精度，將改善電池的充電性能。

上一篇：二甲醚行業(yè)投資機(jī)會(huì)與風(fēng)險(xiǎn)展望
下一篇：港口碼頭業(yè)發(fā)展趨勢(shì)