第一章 铅酸蓄电池的常识

第一章铅酸蓄电池的常识

1. 电池的构成

任何一种电池均有四个主要的部件组成：两个不同材料的电极、电解液、隔膜和外壳。

对于铅酸蓄电池来说，正极活性物质是二氧化铅（PbO2，暗红色），负极活性物质是铅（Pb，灰色），正负极集流体都是板栅，电解质是硫酸（H2SO4）。

动力电池：隔膜是聚氯乙烯（PVC），外壳是聚丙烯（PP）。

起动电池：隔膜是聚丙烯(PP)或聚乙烯（PE），外壳是聚丙烯（PP）。

阀控式密封电池：隔膜是玻璃纤维（AGM），外壳是ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物）。

2. 铅酸蓄电池的工作原理

PbO2 + Pb＋2H2SO4 ＝2PbSO4 + 2H2O

随着放电的进行，硫酸不断减少，与此同时电池中又有水生成，这样就使电池中的电解液浓度不断降低；反之，在充电时，硫酸将不断生成，因此电解液浓度将不断增加。

3. 铅酸蓄电池的电性能

电池的开路电压：电池在断路时（即没有电流通过两极时），电池两极的电极电位之差，称为电池的开路电压。

电池的开路电压只取决于所组成电池的电极材料与电解液的活度和放电的温度，与电池的几何形状和尺寸大小无关。在电解液密度一定的范围内，铅酸电池的开路电压与电解液的密度有下列关系：开路电压=d＋0.85，d是在电池电解液的温度下电解液的密度（g/cm3）。

根据铅酸电池中进行的反应可知，放电时随着PbO2和Pb的消耗，H2SO4也消耗，即随着放电的进行，H2SO4减少，水增加，则酸的密度降低。因此可以根据电池的开路电压估计电池的荷电状态，也可以根据电池的开路电压估计电解液的密度。

电池的内阻：是指电流通过电池内部受到的阻力，又叫全内阻。

它包括欧姆内阻和极化内阻。电池的欧姆内阻包括电极本身的电阻、电解质溶液的电阻、离子通过隔膜微孔时受到的阻力和正负极与隔离层的接触电阻等。

欧姆内阻还与电池的几何尺寸、装配的紧密程度和电池的结构等因素有关，一般电池装配越紧密、电极间距离越小，欧姆内阻就越小；对于同一类的相同结构的电池，几何尺寸大的其欧姆内阻比几何尺寸小的电池要小。

因为内阻的存在，电池的工作电压总是小于开路电压。

电池的放电电压：又称为电池的工作电压或电池的负荷电压，是指电池在放电时电池两端的电压，也可以说是电流通过外线路时，电池两电极之间的电位差。

电池放电电压的变化与放电制度有关，即放电曲线的变化还受着放电制度的影响，放电制度包括放电的电流强度I（或放电电流密度i）、放电温度T放和放电的终止电压V终。放电电流越大，工作电压下降越快；放电温度增加，放电曲线变化比较平缓，温度越低，曲线变化越大；放电终止电压是电池放电时电压下降到不能继续放电的最低工作电压，这是人为规定的。一般原则是，在低温、大电流放电时，终止电压选择要低一些；而小电流放电时，终止电压选择应稍高些。

电池的充电电压：是指电池在充电时，外电源加在电池两端的电压，充电电压随时间的变化曲线叫做充电曲线。随着充电的进行，充电电压会不断上升，对于铅酸电池，在充电后期主要进行水的分解，电池电压会稳定下来。如果采用大电流充电，则充电电压上升较快，最终达到较高的电压值。

电池的容量：是指在一定的放电制度下（即在一定的I放、T放、V终）电池所给出的电量，常用C表示，单位为安培?小时（Ah）。电池在恒流放电时，可以用C=It来计算电池的容量。对于一个做好的电池来说，影响其容量的因素是放电制度，i放越大，电池放出的容量越小；随着放电温度的增高，电池放出的容量也增大；一般是V终越高，电池放出的容量越小。

在这三个因素中，放电电流强度（或i放）的影响是最大的，通常用放电倍率来表示放电电流的大小。

所谓放电倍率是放电电流为电池额定容量的某一个倍数，知道了放电倍率，就可以用I放=xC 额计算放电电流，x为放电倍率。放电倍率越大，电池的放电速率越快。

电池的自放电和贮存性能

电池的自放电是指电池在开路时自动放电的现象。电池发生自放电，将直接降低电池可供输出的电量，使容量降低。

电池的自放电与电池的贮存性能有密切的关系，电池的自放电越小，电池的贮存性能越好。减少自放电的措施

严格控制原材料中的杂质，特别是硫酸、纯水、极板、隔膜，要求杂质不超过一定范围。严格控制生产过程中可能混入的杂质，使用的工具、设备都应该严格管理，经常清洁。

电池的循环寿命

蓄电池的循环寿命是指蓄电池在一定的条件下，电池容量降到某一规定值前所经历的充放电次数。因为极板种类、制造条件、使用方式有差异，最终导致蓄电池失效的原因也各异。归纳起来，铅酸蓄电池的失效有下列几种情况：

正极板栅的腐蚀变形

在电池的充电过程中，正极板栅会被氧化成硫酸铅和二氧化铅，最后导致板栅丧失支撑活性物质的作用而使电池失效；或者因为二氧化铅腐蚀层的形成，使铅合金产生应力，致使板栅线性长大变形，这种变形超过4%时将使极板整体遭到破坏，活性物质与板栅接触不良而脱落，或在汇流排处短路。

正极活性物质脱落、软化

除板栅长大引起活性物质脱落之外，随着充放电的进行，PbO2颗粒之间的结合也松弛、软化，从板栅上脱落下来。极板的制造、装配的松紧和充放电条件等一系列因素，都对正极活性物质的软化、脱落有影响。

不可逆硫酸盐化

蓄电池过放电并长期在放电状态下贮存时，其负极将形成一种粗大的、难于接受充电的PbSO4结晶，此现象称为不可逆硫酸盐化。轻微的不可逆硫酸盐化，可以使用较稀的电解液，并用20h率以下的小电流，在电解液温度为30℃～40℃范围内长时间充电，有可能得到恢复。严重的不可逆硫酸盐化则导致电极失效，充不进电。

热失控

对于阀控式密封铅酸蓄电池，要求在恒压充电时电压不超过单格2.4V，一般备用电源控制在2.3V，循环使用的电源控制在2.4V。在实际使用中，调压装置可能失控，充电电压过高，从而导致充电电流过大，产生的热将使电池电解液温度升高，导致电池内阻下降；内阻的下降又加强了充电电流。电池温升和充电电流过大的互相加强，最终不可控制，使电池变形、开裂而失效。在充电过程中，应对充电电压过高、电池发热的现象予以注意。

负极汇流排的腐蚀

一般情况下，负极板栅及汇流排不存在腐蚀问题，但在阀控式密封铅酸蓄电池中，当建立氧循环时，电池上部空间充满了氧气，隔膜中的电解液又多少会沿极耳上爬至汇流排，汇流排的合金则会氧化，进一步形成PbSO4，如果汇流排焊条合金选择不当、汇流排有渣夹杂及缝隙，腐蚀就沿着这些缝隙加深，致使极耳与汇流排脱开，负极板失效。

隔膜穿孔造成短路

蓄电池经过长期反复充放电，在负极周围有绒状铅的粒子析出、生长，它围绕隔膜或刺穿隔膜与正极板接触而短路。

其原因是电解液中的铅离子在充电时析出附着在负极板上，长期下去形成树枝状结晶。阀控