1 铅酸蓄电池的发展历史----------------------------------------1

2 铅酸蓄电池的工作原理----------------------------------------2

3铅酸蓄电池的优缺点-------------------------------------------2

3.1铅酸蓄电池的优点-----------------------------------------------------2

3.2铅酸蓄电池的缺点-----------------------------------------------------2

4 铅酸蓄电池的发展方向----------------------------------------3

4．1 12 V和36 V汽车铅酸蓄电池 -----------------------------------------3

4．3卷绕式铅酸蓄电池 ---------------------------------------------------3

4．2水平铅酸蓄电池------------------------------------------------------3

4．3卷绕式铅酸蓄电池----------------------------------------------------4 

4.4双分子性式铅酸蓄电池-------------------------------------------------4

致谢--------------------------------------------------4

参考文献----------------------------------------------------------------5

铅酸蓄电池的研究发展

[摘 要] 简要介绍了铅酸蓄电池的发展历史和工作原理。比较了阀控式铅酸蓄电池( VRLAB)与传统镉镍电池[8]、 MH— Ni[6-7]电池和锂离子电池性能特点。针对阀控式铝酸蓄电池具有高性价比的优点， 说明它在蓄电池领域中占有的重要地位及其优缺点并列举了几个阀控式铅酸蓄电池应用前景，展望了铅酸蓄电池的发展方向。  

[关键词] 阀控式铅酸蓄电池； 工作原理； 电池性能； 发展

1 铅酸蓄电池的发展历史 

自从 1859 年法国科学家 G·Plante 发明了铅酸蓄电池以来，已历经近一个半世纪。 铅酸蓄电池在电气化工业时代中一直担任二次电池的主角，被誉为一匹重载的马。近几十年尽管有更多品种的二次电池出现，但铅蓄电池所具备的一系列优点，例如工作电压高、安全可靠、可大电流脉冲放电、寿命长、价廉特别是取材方便、原材料容易回收利用等，是其他电池无法综合替代的。1997 至1999 年间，各国不少市场专家曾预测铅蓄电池会逐年缩小份额， 其它新概念电池会扩大份额，但近几年市场的持续发展事实，无可辩驳地证明了铅蓄电池强大的市场生命力。直至 2001 年，铅蓄电池在二次电池市场中稳居60%以上份额，近几年市场增长率均在 10%以上，在新材料技术应用中展示出越来越光明的前景。传统铅酸蓄电池有三大缺点：一是过充电容易析出气体；二是硫酸液溢出时腐蚀污染环境，三是比能量偏低，实用重量比能量只有35wh/kg左右。  

回顾20世纪下半叶， 从60年代中期开始有过一轮技术发展高潮，其核心内容为寻求铅酸蓄电池的密封化技术，基本进程为：德国阳光公司首先首先在民用产品市场推出实用性胶体电解质密封铅酸蓄电池；美国 Gates 公司研制出纯铅为电极、超细玻璃纤维（AGM）为隔膜的圆筒形密封铅酸蓄电池（SLA） ；日本汤浅公司开始采用铅钙合金板栅、研制出带有气体复合装置的阀控式SLA 电池70-80 年代，日本汤浅公司在小型SLA 电池开始大有作为的基础上，进一步开发摩托车用及大容量固定型阀控式SLA电池，开始确定阀控式SLA 电池的基本工艺。 90 年代，美国出现一种被称之“水平电池”的 SLA 电池，核心技术内容为用覆铅玻璃纤维丝织成网状板栅代替传统的热铸式多元合金板栅，在板栅减磅的同时改革传统蓄电池组内接连桥，据称 3 小时率比能量已达到50wh/kg。  

1997 年，德国专利公开了一种高分子有机合成的固体电解质。同期国内有关研究机构提出有机硅胶体的国际专利（PCT）和中国专利申请，并在近三年技术发展中研制出流变性良好的电场控释胶体，解决了胶体电液的工业灌装一致性问题。2002 年，海外多家华人参资研发机构与中国 CISTPA 电源实验室合作，运用功能高分子复合表面活性剂，研发出最新一代的电化学胶体。 该代胶体具备电场控制物理状态转换及硫酸离子浓度智能控释的功能，称之为智能控释胶体，技术上已达到数十纳米级功能基团的制造，流变性特别好，无需专用灌胶设备。特别是，围绕功能高分子靶向控释离子原理，有关研发机构已联合推出胶凝添加剂、非凝固态水性胶体添加剂、再生维护添加剂等铅蓄电池专用配套产品，对解决铅蓄电池的长寿命、增容、抗硫酸盐化提供了新的技术支撑点。运用智能胶作得较好的胶体电池，寿命可超过 1000 循环充次，重量比能量指标即使不采用超薄极板或拉网板栅，也可达到 45-50wh/kg 的较高水平。

 2 铅酸蓄电池的工作原理 

铅酸蓄电池主要由正极极群、 负极极群、 电解液和容器组成。它的正极是PbO2   ， 负极是金属Pb ， 正负极板放在硫酸的水溶液。其反应方程式如下：  

PbO2  +  2H2SO4 + Pb ⇆  PbSO4+  4H2O +  PbSO4  

正极    电解液   负极  正极    电解液   负极 

放电过程， 正 极 的 PbO2 与 H2SO4 作用 ， 生成过硫酸铅 Pb（SO4）2和水。过硫酸铅板很不稳定 ，它分解成 的 Pb4+沉附在正极板上而SO42-进入电解液中，负极中的Pb在硫酸溶液的溶斛张力作用下。 Pb2+ 会溶到电解液中， 留下 2个电子在负极板上，电池将形成2.1 V的电动电势。如果外电路接通 ，负极板的电子将滑着外电路向正极板作定向移动， 形成放电电流。这时的化学反应为 ：正极板上P b4+ 得到 2个 电子变成Pb2+， Pb2+与SO42-结合成PbSO4 沉附在正极板上，负极上受到电子束缚力减少的Pb2+与SO42-结合成PbSO4沉附在负极板上。  

充电过程是放 电过程的逆反应 ， 充电的生成物就是放电的反应物。  

铅酸蓄电池在充电后期和过充电时， 会发生电解水的副反应， 在电极上产生一定量的气体。  

正极： 2H2O→O2↑+4H+ +4e  

负极： 2H+ +2e→H2↑ 

3铅酸蓄电池的优缺点

3.1铅酸蓄电池的优点

( 1 ) 价格低廉。铅酸蓄电池的价格比其他蓄电池要低很多。其主要原因是 ： 原材料容易得到而且价格便宜； 技术成熟； 生产方便 ； 产品一致性好； 世界范围内均可实现大规模生产，这是铅酸蓄电池得到广泛使用的主要原因之一。 

( 2 ) 比功率高。铅酸蓄电池电势高 ， 大电流放电性能优良， 可以满足车辆起动和加速的功率要求， 因此可以减少大功率电子控制器件的使用， 从而提高了车辆能量的利用效率。  

( 3 ) 浮充寿命长。这方面， 铅酸蓄电池要远远高于 MH-Ni 电池和锂离子电池， 其2 5 ℃下浮充状态使用可达2O年。  

( 4 ) 使用安全。铅酸蓄电池易于识别电池荷电状态， 可在较宽的温度内使用， 而且电性能稳定可靠。  

( 5 ) 再生率高。铅酸蓄电池回收再生率远远高于其他二次电池，是 MH—Ni 电池和锂离子电池的5倍。  

3.2铅酸蓄电池的缺点 

( 1 ) 比能量低。铅酸蓄电池的实际比能量 比理论比能量要低很多， 理论值为 1 70 w· h ／ k g ， 但实际上， 比能量只有 l0～ 50 w- h ／ k g 。比能量低的主要原因是： 蓄电池的集流体 、 集流柱、 电池槽和隔板等非活性部件增大了它的重量和体积， 但活性物质的利用率却不高。  

( 2 ) 循环寿命较短。虽然铅酸蓄电池循环寿命 比镉镍 电池和 M H- N i 电池要高很多， 但还是低于国际循环寿命指标值。 影响铅酸蓄电池寿命的因素主要有： 热失控、 环境温度、 浮充电压、 正极板栅的腐蚀 、 负极硫酸盐化、 水损耗及超细玻璃纤维棉 ( AGM) 隔板弹性疲劳等。

 ( 3 )自放电， 过充电时有大量的气体产生。铅酸蓄电池的自放电比其他电池严重很多。自放电时 H2SO4和 PbO2  反应 ， 有气体的产生， 但这不是电池产生大量气体的主要原因。气体大量析出的主要原因是： 在充电的末期或过充电时， PbSO4  已接近于全部转化为充电态的 PbO2和 Pb ， 反应的超电势增大，H2 和O2 析出的副反应将要占主导。

4 铅酸蓄电池的发展方向 

铅酸蓄电池优良的性价比使得它在二次电池领域中占有统治地位。虽然阀控式铅酸蓄电池( VRLAB ) 的技术已趋成熟， 但仍然存在循环寿命短、 浮充电压不一致、 可靠性不高、 比能量低等问题 ，这些问题还有待于解决。而电池新技术的不断采用、 应用领域的不断开拓和深入、镍基电池和锂离子电池成本的降低和能量性能的提高， 又使得铅酸蓄电池面临着很大的挑战。铅酸蓄电池只有在技术上不断改进和创新才不会被别的化学电源所代替。  

阀控式铅酸蓄电池是一种明显降低维护或完全免维护的电池， 其性能不断得到改进， 新的功能不断增加 ，已经开始取代传统的铅酸蓄电池 ，成为新一代铅酸蓄电池。铅酸蓄电池的发展方向是完善VRLAB技术， 主要也就是提高比能量和循环寿命等性能和使用特性， 以满足不同用途的电性要求； 进一步提高VRLAB的可靠性。 使其成为新型 12 V和36 V实用化汽车电池， 以开拓新的应用领域。经过人们的不断努力， 现在已经开发出几种新结构的阀控式铅酸蓄电池 ：水平式、圆筒式 、双极性式、平面管式、 智能型等。下面主要介绍几种正在开发的和有广泛使用前景的新型阀控式铅酸蓄电池。 

4．1 12 V和36 V汽车铅酸蓄电池 

12 V实用化汽车电池 ， 也就是 12 V／14 V电池体系。14 V 指电源系统的名义电压， 实际电压为 12 V。这是当前汽车使用得较多的产品， 但达不到作为汽车动力电源的要求。36 V实用化汽车电池， 也就是36 V／42 V电池体系。它把大起动能力与耐深充放电结合在一起， 可适 当耐热和为汽车动力提供足够的能量。今后若干年内， 混合电动力汽车是汽车行业发展的方向， 这需要更多的电能和更大的功率， 所以汽车电池将由 12 V ／14 V体系向36 V／42 V体系转变。因此， 36 V汽车铅酸蓄电池具有非常好的应用前景。混合电动车辆要求 电池具有 良好 的输入／ 输出功率特性 ， 可以在部分荷电态下运行 ， 有准确检测荷电态和健康态的装置 ， 其使用温度范 围更宽， 价格更低 。 电池材料可 以回收。现在国外正着重发展能满足这些要求的36 V汽车铅酸蓄电池。  

4．2水平铅酸蓄电池 

水平蓄电池是美 国 ELECTROSOURCE公司研制成功的。 水平电池采用铅布( 由表面挤压镀覆 P b- s n合金的玻璃纤维织成) 代替板栅， 双极性结构， 铅布一端涂正极铅膏， 另一端涂负极铅膏， 中间有铅丝相连， 这样就大大缩短了电极问的导电途径， 降低了内阻  。由于水平蓄电池在生产过程 中没有铅蒸汽产生， 也没有板栅洗涤产生的含有酸、 重金属的废水排放 ，所以被称为绿色铅酸蓄电池。水平铅酸蓄电池具有高的比能量和比功率， 可快速充电，资源丰富可以回收 、 技术成熟、 无电解液分层现象但寿命较短。由于水平铅酸蓄电池具有良好的性价比， 已经广泛应用于电动汽车、 移动通讯电源和电动牵引车等方面。

4．3卷绕式铅酸蓄电池 

卷绕式铅酸蓄电池是将很薄的铅箔作为极板基片， 将正极板、隔板、负极板交替叠放， 紧紧地卷绕在一起， 制成单体为圆筒状的电池。由于卷绕式铅酸蓄电池的极板做的很薄， 从而提高了电极的表观面积， 降低了充放电时电极所承担的电流 

密度， 减少了电化学极化。 在比能量、 比功率、 充放电、 循环寿命方面都有很大的提高 [5]。 由于卷绕式铅酸蓄电池具有较高的 比能量和比功率 、 安全性好、 可快速充电、 低温性能好、 自放电速率小和瞬时输出功率高等优点 ， 卷绕式铅酸蓄电池越来越受到人们的重视。目前 ， 人们已对卷绕式铅酸蓄电池不断改进， 推出了很多性能更好的卷绕式铅酸蓄电池 ， 其中包括作汽车起动用的圆筒式蓄电池。

4.4双分子性式铅酸蓄电池 

与传统的铅酸蓄电池相比,双极性铅酸蓄电池具有如下优点：

（1）内阻低—去掉了电池间的连接条和极耳。（2） 电流分布好— 电流垂直于基底表面从而扩大了活性物质和导电基底的接触面积而提高活性物质利用率。（3） 重量轻—去掉了连接条并减少了50%非活性物质的板栅材料 ,而且可用其它轻的导电基底代替铅及其合金。（4） 功率密度高—双极性铅酸蓄电池较其它任何水溶液电池体系都有更高的功率密度。（5）具有高组合性—可组成具有较高电压的电池组

双极性铅酸蓄电池目前尚处于实验室阶段 ,阻碍其商业上应用的困难包括:

(1) 寻找在铅蓄电池环境下耐腐蚀、满足强度要求以及适合于极板生产加工的基底材料 。(2) 副反应的加剧影响其搁置寿命和循环寿命。(3) 较难实现高容量和小体积的统一。

双极性蓄电池被广泛认为最有潜力来代替传统的铅酸蓄电池，双极性蓄电池更加环保。因为在制造过程中，少用50%的铅，可以少产生80%的二氧化碳。双极性蓄电池可以100％回收利用，比其他开发中的蓄电池，例如锂技术蓄电池，也要便宜得多。这种技术用途广泛，可用于汽车工业，特别是开发混合型和电动汽车。此外，双极性蓄电池组还能用于通讯领域，提供不中断的电力供应，固定电力和可再生能源电力的储存，包括太阳能和风能应用。作为铅酸蓄电池,目前许多国家尤其是发达国家都投入了大量人力物力致力于它的开发和应用。当前的研究主要集中在寻找合适的导 电基底和选择合理的电池设计。

致谢

很感慨，我在长舒一口气后开始写我的毕业论文的致谢辞了。论文的完成标志着我的大学三年即将结束，也意味着，新的生活又将开始了。最近的半年则并行着找工作和写论文。其间的起起伏伏、悲喜得失，今天想来仍旧唏嘘不已。所幸我没有被失败击垮。自信、坚强、乐观的态度让我坚持到了最后，并且争取了最好的结局。 

我由此希望尽自己最大的努力，能够写出一点真正有现实意义的文字。事情的最后结果就是这篇论文，似乎总有些丑陋；但是阅读、思考和写作的过程并不轻松，有灵光乍现、兴奋不已的时候，而更多的则是近乎“案牍劳神”，痛苦和疲惫相交。衷心感谢我的导师高天铱老师对我的指导和教诲。您开阔的思维、敏锐的洞察力以及详细的修改意见一直给我很大的启发。唯一的遗憾是我自己不够主动，错过了许多与您交流的机会。

“长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。”这是我少年时最喜欢的诗句。就用这话作为这篇论文的一个结尾，也是一段生活的结束。希望自己能够记取少年时的梦想，永不放弃。

参考文献 

[1] 郭自强．铅酸蓄电池的应用及其可持续发展[J] ． 中国自行车 ． 2004． (8) 29— 32 ．  

[2]张彦琴．铅酸蓄电池技术的发展 [ J ] ．汽车电器， 2004， (10) ： 1—3 ．  

[3] 巴甫洛夫．铅酸蓄电池在新千年的第一个十年的发展[J]，中国电源技术2001．25 (1)：2—9．  

[4]马永泉， 李晓峰， 陈建军．阀控密封铅酸蓄电池的新技术新动态 [J] ．黑龙江通信技术． 2003 (1) ： 3—4 ．  

[5]WANG J ．LIUHK，DOUSX．一种新型的螺旋缠绕电极设计。电源技术的阀控式密封铅酸蓄电池的性能增强2003． 113：224—241．

[6] 邓超,史鹏飞,曾佳;MH-Ni蓄电池正负极阻抗分布的电化学研究[J];电源技术;2005年04期 

[7]  谭玲生,吴宏钧,刘雪省,,郝韦,于英浩,曲华春;MH-Ni电池和CdNi电池的内阻测试与分析[J];电源技术;2001年S1期 

[8] 李成模;镉镍蓄电池在电力系统的应用[J];湖南水利水电;2001年06期   下载本文