铅酸蓄电池高效添加剂-v3

高倍率部分荷电态 充‐放电次数
12000 10000
8000
c)
加添加剂 2.0%
6000 4000
停止期 3 周
2000
0 0123456789 SoC 工况 次数
图 3：添加剂对电池在高倍率部分荷电态充放电性能和寿命的影响. Y 轴为高倍率部分荷电态充放 电次数, X 轴为各种充放电循环工况条件(次序号越高, 充放电条件越苛刻).
二、铅酸蓄电池寿命短的原因 铅酸蓄电池内的阳极(PbO2) 及阴极(Pb) 浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生 2V 的电力，这是根据铅酸蓄电池原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变 化：
2
(阳极)
(电解液) (阴极)
PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应)
湖州三峰能源科技有限公司
延长铅酸蓄电池寿命的高效电解液添加剂 简介
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延长铅酸蓄电池寿命的高效电解液添加剂
一、铅酸蓄电池所存在的问题 从 1859 年，法国人加斯东普兰特发现了铅酸充放电的现象后，铅酸蓄电池一直是电
(阳极) (电解液) (阴极) PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应) (硫酸铅) (水) (硫酸铅) (过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅)
第一个硫酸铅中铅的化合价升高，被氧化，正电荷流入正极；第二个硫酸铅中铅的 化合价降低，被还原，负电荷流入负极。由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅 会在充电时被分解还原成硫酸，铅及过氧化铅，因此电池内电解液的浓度逐渐增加, 亦即 电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已 还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结 束。
共有四个电池进行试验：第一个电池中不添加任何添加剂继续充-放电；第二个电池 中电解液中加入每升 0.05 克的添加剂后进行充-放电；第三个电池中电解液中加入每升 0.5 克的添加剂后进行充-放电；第四个电池中电解液中加入每升 1.0 克的添加剂后进行 充-放电；由图 2 可见当加入 0.5 克添加剂后，电池放电性有极为明显的提高。
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果极板表面或密封塑壳有缝隙，硫酸铅结晶就会在这些缝隙内堆积，并产生膨胀张力，最 终使极板断裂脱落或外壳破裂，造成电池不可修复性物理损坏。
导致铅酸电池寿命短的第二个原因是在电池充放电频率高的情况下造成电池阴极快 速极化。
常规的汽车电池一天内可能只有几次充电-放电的循环过程，但是具有启停功能的电 池必须能够经受住几十次这样的循环过程。为了满足这一要求，微混动力汽车制造商一般 将电池的尺寸增加一倍，并且采用更坚固的阀控式铅酸电池（VRLA）设计方案。此方法虽 然解决了循环问题，但是增加了电池重量、成本和对汽车的空间要求，这些都有悖于生产 尺寸小、高效节能的目标。
三、如何延长铅酸蓄电池的寿命 只要是铅酸蓄电池，在使用（充放电）的过程中都会硫酸化并造成电池阴极快速极 化。但问题是需要找到切实可行的方法来缓慢或减少硫化及阴极极化过程让铅酸电池有着 更长的寿命。本项目产品的重点是在原有电解液中加入由特殊配方组成的化学高效添加剂 能显著改善电池的使用寿命和提高利用刹车能量给电池充电的能力，同时也能降低负极硫 化作用（微混动力车所用电池使用寿命短的主要原因），从而延长电池的使用寿命。新开 发的新型高效添加剂旨在改善动力车用铅酸电池的使用寿命和性能。 四、项目产品的试验结果 利用线性扫描伏安法(LSV)得到如下试验结果： 1．添加剂对铅酸电池的电化学过程的影响 首先使三个电池放电 600 次，第一个电池中不添加任何添加剂继续放电；第二个电 池中电解液中加入每升 0.02 克的添加剂；第三个电池中电解液中加入每升 0.5 克的添加 剂；由图 1 可见当加入 0.5 克添加剂时，电池放电性能大大提高。
添加了 2.0%添加剂的电池当完成了第 4 次循环工况后放置 3 周后再充电，在第 5 次 工况后其充-放电性能再次得到提高（图 3 c）。
由此可见，高效添加剂的加入能有效改善铅酸电池的充放电性能，并且 大大延迟了电池阴极的硫酸化过程，从而延长铅酸蓄电池的性能和使用寿命 30%以上。
7
4
放电容量 （mAh cm‐2
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 0
每升加入0.5g 添加剂
每升加入0.02g 添加剂
不加任何添加 剂
200 400 600 800 1000 1200
放电次数
图 1：添加剂对 铅酸电池的放电性能的影响。LSV 扫描频率为 5 mV/s
2．不同添加剂的添加量对铅酸电池充-放电过程的影响
现在大部分厂家都承诺电池质保一年，可是半年后问题出来了，根据电池的设计及 循环放电试验都表明，电池的循环寿命的确是一年半甚至三年，生产时也严格按照工艺流 程控制质量，可半年后很多电池就会老化。我们都知道，诸如电视、计算机等很多电子产 品的寿命可长达十年，但厂家也只提供一年的质保，而电动车电池最多就 2-3 年的寿命， 电池制造商们却要硬撑着质保一年，这个“硬着头皮” 质保的方法短期内还能抵挡片刻，时 间长了，问题总会凸现出来。那么如何提高充放电频率高 的铅酸电池的寿命是一个关系 到降低成本、节能环保的重要社会问题。
高倍率部分荷电态 充‐放电次数
12000 10000
பைடு நூலகம்8000
a)
不加添加剂
6000
4000
2000
0 0123456789 SoC 工况次数
6
高倍率部分荷电态 充‐放电次数
16000 14000 12000 10000
b)
加添加剂 1.0%
8000
6000
4000
2000
0 0123456789
SoC 工况次数
总之，铅酸蓄电池充放电的过程是电化学反应的过程，充电时，硫酸铅形成氧化 铅，放电时氧化铅又还原为硫酸铅。而硫酸铅是一种非常容易结晶的物质，当电池中电解 溶液的硫酸铅浓度过高或静态闲置时间过长时，就会“抱成”团，结成小晶体，这些小晶 体再吸引周围的硫酸铅，就象滚雪球一样形成大的惰性结晶，结晶后的硫酸铅充电时不但 不能再还原成氧化铅，还会沉淀附着在电极板上，造成了电极板工作面积下降，这一现象 叫硫化，也就是常说的老化。这时电池容量会逐渐下降，直至无法使用。铅酸蓄电池的寿 命终止多因容量不足，而对于蓄电池来说，其循环寿命更是其众多指标中的关键指标。当 硫酸铅大量堆集时还会吸引铅微粒形成铅枝，正负极板间的铅枝搭桥就造成电池短路。如
放电容量 （mAh cm‐2)
0.4 0.35
0.3 0.25
0.2 0.15
0.1 0.05
0 0
1.00g /L 0.50g /L 0.05g /L
不加添加剂
100 200 300 400 500 600 700
放电次数
图 2：不同添加剂添加量对铅酸电池的放电性能的影响
5
3．负极添加剂对高倍率部分充电状态（SoC）的影响 目前为了将铅酸电池适用于混合动力车上，必须要求铅酸蓄电池有足够的功率输出 和高的充放电效率，所以电池要在高倍率部分荷电态状态（HRPSoC）下工作。所谓高倍率 部分荷电态状态是指在电池只有部分充电的情况下,对电池进行短时间(60 秒)大电流(2C) 充放电, 这样的测试的目的是模拟和检验电池在作为混合动力车的车载动力电池时（刹车 时充电，加速和行驶时放电）的稳定性。由于不是深度充放电，一般铅酸电池可以循环上 万次，这不足为奇。
池领域应用最广泛的产品，如电动车、汽车、混合动力汽车、机车、轮船等都有铅酸蓄电 池。对于电动车来说，发展势头异常迅猛。
据统计，2012 年上半年，铅酸蓄电池累计完成产量同比增长 26.5%，1-9 月中国铅 酸蓄电池产量为 128322555.7 千伏安时，销售超过 1000 亿元。
就电动车而言，近几年我国每年的实际产量都超过社会保有量，这是一个惊人的数 据，但是，每个优势行业都有 “软肋”，如果要问什么是电动车最头痛的问题，唯一的答案 就是电池寿命短。
高倍率部分荷电态状态充放电对电池产生的影响就是多次循环后负极严重硫酸盐 化。负极硫酸化，其原因是在高倍率放电时硫酸铅结晶，在负极表面集聚，堵塞了硫酸电 解液进入电极的通道，使电池失效。
从图 3 可以清楚的看到，没有加添加剂的电池在 1,2,3 种充放电循环工况条件下(次 序号越高,充放电条件越苛刻)的充电次数. 可以看到,在设置循环工况条件 3 的情况下, 没有加添加剂的电池在经历 4000 次充-放电后就到了下限条件 （图 3 a），而添加了 1.0%添加剂的电池在 9 个充放电循环工况后，只有第 9 个工况时才在 4000 次充-放电后 达到下限条件（图 3 b）。
(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅) （硫酸铅） （水） （硫酸铅）
蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应，生 成新化合物“硫酸铅”。PbO2 中 Pb 的化合价降低，被还原，负电荷流动；海绵状铅中 Pb 的化合价升高，正电荷流动。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓 度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度，亦即测其比 重，即可得知放电量或残余电量。