铅酸电池特点分析
进展成熟，性能较差。铅酸蓄电池时应用历史最长、技术最成熟、本钱最低廉的蓄电池，已实现大规模商业化应用；但它比能量低，自放电率高(放电时电压和性能下降)，循环寿命低，铅的重量大，而且铅作为重金属在生产和回收进程中可能产生环境污染。目前铅酸电池要紧用于汽车启动时的点火装置，和电动自行车等小型设备的动力电池；用作汽车动力电池的可能性大体被排除。
铅酸动力电池
东南亚地理位置铅酸动力电池的应用历史最长，技术最成熟，是目前大量生产供给的动力电池，其最大的优势是生产本钱低，最大的缺点是比能量低。一辆电动汽车一次充电的行驶里程也就100余千米。一项美国私人汽车日行程的调查说明，天天汽车行程在160千米以下的约占90%，其余10％的人日行程在240千米以上乃至更高。有人据此提出提高铅酸动力电池的比能最，使一次充电的汽车能够达到160千米以上。同时，研究铅酸动力电池快速充电的技术，就能够够知足大多数城市中心区短途行驶及交通用电动汽车的。为此，1992年由国际铅锌组织联合世界铅蓄电池制造厂商成立的“先进铅酸电池联合体”制定了先进蓄电池的研制目标：比能量要求50Wh/kg-1。(一次充电行驶160km)；比功率达150W/kg-1；循环寿命≥500次；快充性：50％-5min，80%-15min。5项指标中，价钱及比功率都具有，因此改良的主攻方向是比能量，循环寿命及快速充电3项指标。
(1)提高比能量的要紧方式：一是减轻板栅重量，提高铅钙含量中锡(sn含量％-1％)的含量就能够够增强板栅耐腐性及抗蠕变强度；二是提高正极活性物质利用率，在正极活性物质中添加吸酸能力强的添加剂(如发泡聚丙烯)能够提高正极活性物质利用率的10％。
(2)循环寿命，有四种方式能够提高循环利用寿命：[Ⅰ]板栅合金采纳锡含量高的铅钙合金，能够克服因板栅蠕变而造成的初期失效；[Ⅱ]避免极板膨胀，加大极板法向压力，从8kpa 增至40kpa，可使循环寿命由200次提高到700次；[Ⅲ]合理的充电制度，专门是把握后期的充电量及充电速，保证充沛电；[Ⅳ]改良负极膨胀剂，幸免负极活性物质海棉状铅的硬化。
(3)快速充电，快速充电技术的进展，传统的充电性能不行的状况已有所改变，多数阀控式铅酸动力电池能够经受快速充电制度(50% Soc，5min；80% Soc，150min)，而且合理快充电制度及方式，对电池的寿命不但无害而且有利。国外快速充电方式由单组电池扩展应用到整个电池组，而且在车载情形下进行实验。
1998年先进铅蓄电池联合体发布的报告说明，通过研究改良，阀控式铅酸蓄电池的比能量有望提高到改良前的2倍，寿命有可能提高原有的10倍，而充电时刻缩短一个数量极。目前，先进铅蓄电池联合体正在大力支持各有关方面的研究改良工作。我国在“八
东方钢铁在线
五”期间，国家科委和国家计委就把电动车用铅酸动力电池的研究和开发列为重点项目予以支持。我国
电动车用密封铅酸动力电池研究发展目标分为两个阶段，第一阶段的标称电压要求12V，标称容量150Ah，水损失(g/Ah)≤5，高倍率放电能力≥2C，循环利用寿命≥750次(75％DOD)，比能量30-40Wh/kg；在第一时期里，要求电池整体性能取得提高。在第二时期，要求改良电池的循环利用寿命(在80％DOD情形下)达到600～800次，并要求比能量适当提高40-50Wh/kg左右。
人们改良铅酸动力电池的性能，已普遍采纳免保护电池技术。免保护电池利用方便，并开发出胶体电池，也是铅酸电池范围的二次电池，它仍然用密度为/cm3的硫酸水溶液，在其中添加了Na2OSiS2电解液，使之呈胶体状乳白色的凝胶组成胶体电解质。胶体的状况随
着温度和电场的作用而转变。当电池放电时，胶体的凝聚性会更明显；温度降低，胶体内部溶液扩散迁移及传导性变差，内电阻增加。在温度升到30℃以上，外施单格电压超过，要产生充电气泡，充电时刻太长，温度太高，专门是单格电压超过，胶体常常会发生水解，放出大量的H2和O2，并伴有硫酸和水外溢，胶体变成液态。如及时停止充电，下降温度，去掉外电压，。它的性能、价钱与铅酸电池差不多，只是由于胶体电解质具有不易渗漏性，能保证电源利用的靠得住性，即便电池壳体产生了裂纹也可继续利用。由于电解质中有H2和O2存在，在极板硫化进程中会产生硫酸铅、硫酸钠结晶，从而避免了极板生成粗大的硫酸铅结晶体，使极板不易硫化，容易再次充电活化，不易丧失极板的多孔性，还能避免正极板上生出尖锐的硫酸铅突起，幸免隔板被刺穿形成极板间的短路。从而使胶体铅电池的寿命比以前提高了4倍以上，而且在-30～50℃仍能专门好的工作。而且性能相当稳固。目前铅
效益最大化酸动力电池已经普遍利用在电动自行车上，胶体免保护铅酸动力电池对我国电动自行车行业的迅猛进展，起到关键的作用，其功不可没。但是，铅酸动力电池在电动汽车上试用仍然不够理想，其试车结果很难达到预期目标。在面包车上采纳20只12V/150Ah电池，最高时速80千米，一次充电行驶120多千米；在小轿车上采纳10只12V/150Ah电池组，车速与一次充电行驶里程和面包车相同。为车用的动力电池，动力铅酸电池终将退出历史舞台。风帆股分是国内最大的铅酸电池生产企业。
HEV动力铅酸电池
铅酸电池作为车载动力，占有要紧的市场。目前全世界铅酸动力电池的年销售额约5亿美元，估量到2020年将达到10亿美元。中国的电动自行车电池几乎全数采纳铅酸电池，极少数采纳Ni-MH电池和Li-ion电池，Ni-MH电池的价钱是铅酸电池的3倍，国内电动自行车较少采纳Li-ion电池，只有少量的出口轻型电动自行车配套用Li-ion电池。
VRLA电池用于HEV的动力，目前仅限于轻度混合的HEV，电池电压为36V，中等混合和全混合的HEV只有Ni-MH电池在正式运行（见表3），中混合和全混合的HEV，其电池利用特点是部份荷电下的循环利用（Part State of Charge ）即PSoC。VRLA电池在PSoC 状态下的要紧失效模式为负极严峻的硫酸盐化，负极表面形成坚硬粗大的PbSO4结晶，使H2SO4 向负极内部扩散受阻，电池放不出电。对VRLA动力电池ALABC组织了澳大利亚CSIRO、美国Hawker公司进行了几年的攻关，提出了解决方
案，并在丰田Prius、本田Insight 等HEV上作了两年多的道路运行实验，证明性能良好，成功的用卷绕式VRLA电池代替了Ni-MH电池，ALABC的解决方案包括三方面的内容：
1.采纳新型VRLA电池结构
海蒂和爷爷原著
目前成功的VRLA动力电池结构是双极耳卷绕式电池，如图4所示，这种电池能量密度高于平板式电池，高低温性能好，适宜大电流放电。
图4 双极耳卷绕式VRLA电池
风流子
2V-8Ah卷绕式电池250A大电流放电曲线如图5所示。从图中能够看出，双极耳卷绕式电池比单极耳卷绕式电池的大电流放电性能有明显改善。用2V-8Ah双极耳卷绕式电池组装
的36V-8Ah×4（见图6），其性能已达到144V中等混合的HEV要求。经本田Insight HEV 道路测试（图7），结果令人中意，能够取代Ni-MH电池，如此能够降低HEV的本钱，有利HEV的销售。
图5 2V-8Ah电池的250A放电曲线
图6 36V8Ah卷绕式电池
图7 Insight HEV中的36V8Ah卷绕式电池
OPTIMA与VOLVO汽车制造商合作，开发了一种全新结构的铅酸蓄电池，称为Effpower 双极式陶瓷隔膜密封铅酸蓄电池，已安装在本田的Insight HEV作为动力电池，其优势是输出功率高，循环寿命长，如图八、9所示。
图8 Effpower Battery 的结构
图9 Effpower Battery 规格
2) 负极导电添加剂
负极添加导电碳黑和石墨能够有效解决PSoC状态下的负极硫酸盐化，例如，负极中添加%Vanisper-A木素磺酸钠%碳黑和%石墨，电池通过71880次模拟HEV运行的循环寿命实验，电池容量没有下降，测试结果示于图10。
图10 双耳卷绕式电池的循环寿命实验
3）低频脉冲充电
采纳脉冲充电方式也能够解决PSoC状态下因充电不足造成负极硫酸盐化的问题。
电动自行车电池
国内动力VRLA电池要紧应用于电动自行车、电动摩托车。极少数单位研发电动巴士、电动汽车的铅酸电池。可是应该看到以后全世界HEV动力电池的庞大市场。国内电动自行车铅酸电池分为两类：电池。AGM－VRLA电池是市场的主流，约占95%以上，GeL－VRLA 电池的市场份额不足5%。缘故是AGM－VRLA电池的高倍率放电性能好，内阻小，深循环寿命已达到400－500次，另外，其制造工艺简便，本钱低，技术成熟。GeL－VRLA电池内阻较大，制造本钱高于AGM电池，而循环寿命略高于AGM电池。
最近几年来国内电动自行车用VRLA电池技术有了较大进步，其性能大体知足了市场需求。可是质量上仍是良莠不齐。要紧问题是循环寿命和电池均一性问题，二者又有关联。有的循环寿命能够达到500次（C/2 80%DOD），而有的不足100次。尽管单只12V-10Ah电池的循环寿命能够达到500次，可是3或4只电池串联利用，由于电池制造的均一性差，使组合利用的循环寿命大大下降。寿命终止时电池的电压差高达1000－2000mV。
电动自行车电池的要紧失效模式是正极活性物质的软化、失水干枯、初期容量损失（PCL），少数电池显现鼓胀热失控现象。解决电动自行车电池循环寿命短、一致性差的方法，要紧从以下几方面考虑。
1）正确的设计正负极活性物质的比例：以往通信后备电源用VRLA电池，属于浮充利
用，PAM：NAM = ：，而电动自行车电池属于深循环利用，依照大量的研究以为，PAM：NAM = 1：1较为合理，可使利用寿命增加。若是负极活性物质（NAM）过量，在深循环充放电进程中，会造成负极充电不足，引发负极硫酸盐化[3]。
2）正极板栅合金的选择：Pb-Sb-Cd合金有良好的充电同意能力，电池的循环寿命高，可是镉对人体危害极大。欧美各国已禁止利用及入口含镉电池，我国应属禁用，但操纵不严格。VRLA电池一样采纳Pb-Ca合金，适合于浮充利用电池。在循环利历时易造成初期容量损失，缘故是Pb-Ca/PbO2界面侵蚀层的电子导电性差，充放电反映的电子传递受阻，提高Sn含量，界面层的电子导电性明显增加，充电同意能力取得改善，幸免了初期容量损失。图11能够看出Sn对Pb-Sn-Ca/PbO2界面导电性能阻碍。无镉超低锑合金是新型深循环电池的板栅合金，合金要紧成份：Sb %、Sn %、As %、Cu %、Ag %和Se %。
图11 锡含量对界面导电性的阻碍
国家公祭日
3）高温高湿固化工艺：相对湿度95%以上，70－80℃的固化湿度，使固化后极板中4PbO•PbSO4(4BS)的含量大大增加。4BS在生成时易转化为α-PbO2，因此能够克服正极活性物质的软化。低温固化形成2BS，3BS，化成时转化为β-PbO2，循环利历时易软化使寿命终止。正极活性物质软化的实质是晶体－胶体结构的破坏。
4）严格操纵生产工程，专门是一些关键程序，操纵其半成品的一致性，如铅粉的一致性，涂片膏量的一致性，极板厚度的一致性，电池注酸化成及最终电池内部吸酸饱和度的一致性。增强进程操纵使生产的电池均一性提高。
阀控铅酸动力电池：铅酸电池已经成功的实现商业化近一个世纪，就全世界而言，目前它的销量占到全数蓄电池销量的50%～60%。铅酸电池如此成功的缘故是因为它的制造技术成熟、价钱低廉（在二次电池中是最低的）、电池的电压高（在所有水溶性电解液电池中最高）、高低温性能好、高效率（75%～80%）、长浮充寿命和无经历效应等等。正是由于这些优势，铅酸电池不失为电动汽车驱动的优先选用能源系统之一。但是，铅酸电池的缺点是其比能量相当的低，典型的为35W•h/kg；自放电率高，通常25℃时达到天天1%～2%；循环寿命低，通常充电次数只有500次。为了适合电动车的应用，专门设计了一种能做到免保护和全封锁的，而且能够提高电池的比能量和比功率的阀控铅酸电池。在这种电池中，最引人注视的是美国电源公司开发HORIZON新型电池，它的核心技术是以高强度轻型玻璃纤维为基体，挤压成柔软的铅丝，再将铅丝织成轻型的网络，铺在特殊的电化学物质上，组成所谓双格网板，最后将这些双格网板水平放置，以保证极板上的活性物质最大限度的参与电化学反映。这些独特的技术使得该电池的性能大大提高：C/3放电率时的比能量达到43W•h/kg；比功率达到285W/kg；循环寿命达到1000次；快速充电能力（8min充电到50%，不到30min即可充满）；价钱较低（2000～3000美元可装备一辆电动车）；靠得住母乳不足
白色桃花
