铅酸蓄电池基本知识

铅酸蓄电池基本知识

电池：通过化学反应提供直流电能的电化学装置

电池是一种能量转化与储存的装置，它主要通过化学反应将化学能或物理能转化为电能。它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。

Cell 和Battery的区别：

① Cell 是指一般的小型和单个电池，更强调单个单元;

② Battery是指蓄电池和电池组,更强调系统或者组;

③ Battery 运用得更加广泛，是电池的通用名称，包括锂电池、镍氢电池、蓄电池、干电池等等。

一次电池与二次电池的异同点：

一次电池只能放电一次，二次电池(也叫可充电电池)，可反复充放电循环使用，可充电电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆变化，一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般充电电池，但内阻远比二次电池大，因此负载能力较低，另外，一次电池的自放电远小于二次电池。

电池种类

一次电池：不可充电，如锌锰、碱性、锂电池

二次电池：可充电，如铅酸、镍氢、锂离子电池

高级电池：结构特殊，性能卓越，如锌空电池，以空气做正极，体积很小，用于助听器。

燃料电池：Fuel Cell, FC, 将存在于燃料(氢气)和氧化剂(氧气)中的化学能转化为电能的装置，不是蓄电池，是发电机，1839年由英国的Grove发明。

太阳能电池：物理电源，通过光电效应或光化学效应直接把光能转化为电能的装置，1883年Charles发明首块太阳能电池，前景广阔，目前成本高，限制了应用。

电池由外壳、正极、负极、端子、隔膜等组成

外壳：一般是塑料或金属材质

正极：电流的流出端

负极：电流的流入端

端子：内部与活性物质相连，外接用电器

隔膜：防止正、负极短路，并提供电子的内部传递通道

蓄电池：

蓄电池(Storage Battery),也称二次电池,是通过充电将电能转换为化学能贮存起来，使用时再将化学能转换为电能释放出来的化学电源装置。

铅酸蓄电池：

铅酸蓄电池，又称铅蓄电池，是蓄电池的一种，电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。一般分为开口型电池及阀控型电池两种。前者需要定期注酸维护，后者为免维护型蓄电池。按电池型号可分为小密、中密及大密。主要优点是电压稳定、价格便宜等等。

铅酸蓄电池(Lead-Acid Battery, LAB)，是指正负极活性物质分别是铅和二氧化铅、由硫酸水溶液做电解液的二次电池。

分富液式和贫液式两大类，贫液式就是目前广泛应用的阀控式密闭铅酸蓄电池，事实上它不并是完全密闭的。

主要应用于交通、通信、后备电源等领域。

具有价格低廉、可靠性高、维护简单等优点。

由于铅对人体有害、硫酸污染环境、腐蚀设备，因此应用领域受到限制。

虽然有被镍氢、锂离子电池等取代的趋势，但由于价格、安全、可靠性等原因仍将长期占据二次电池的大部分市场。

铅酸蓄电池工作原理

阀控式铅酸蓄电池的基本结构

构成阀控铅酸蓄电池的主要部件是正负极板、电解液、隔膜、电池壳和盖、安全阀，此外还一些零件如端子、连接条、极柱等。

阀控式铅酸蓄电池的设计

1 板栅合金的选择

参加电池反应的活性物质铅和二氧化铅是疏松的多孔体，需要固定在载体上。通常，用铅或铅基合金制成的栅栏片状物为载体，使活性物质固定在其中，这种物体称之为板栅。它的作用是支撑活性物质并传输电流。

1．1正板栅合金

阀控电池是一种新型电池，使用过程中不用加酸加水维护，要求正板栅合金耐腐蚀性好，

自放电小，不同厂家采用的正板栅合金并不完全相同，主要有：铅—钙、铅—钙—锡，铅—钙—锡—铝、铅—锑—镉等。不同合金性能不同，铅—钙。铅—钙—锡合金具有良好的浮充性能，但铅钙合金易形成致密的硫酸铅和硫酸钙阻挡层使电池早期失效，合金抗蠕变性差，不适合循环使用。铅-钙-锡-铝、铅-锑-镉各方面性能相对比较好，既适合浮充使用，又适合循环使用。

正极由网格状金属板栅上涂覆铅膏组成，铅膏是正极活性物质，主要成分是氧化铅，红棕色

正极活性物质的泥化失效以及正极板栅的腐蚀是VRLA失效的重要原因

正极板一般较厚，以应对活性物质的泥化脱落，而且比负极板少一片，常温低率放电时，电池容量受限于正极。

二氧化铅有α-PbO2和β-PbO2两种晶体：

α-PbO2是斜方晶系，晶粒较大，可以形成网络或骨骼，使正极活性物质的结构完整从而有较长的寿命。

β-PbO2是正方晶系，晶粒较小因此有更大的比表面积，放电时给出的容量是α-PbO2的1.5~3倍。

电池寿命初期，活性物质以α-PbO2为主，寿命末期以β-PbO2为主：

电池寿命初期，正极活性物质以为α-PbO2主，放电时α-PbO2生成PbSO4，充电时PbSO4生成β-PbO2 ，因此在初期循环中电池的容量越来越高。随着循环的进行，β-PbO2的比例增加，活性物质间的结合慢慢减弱，充电过程中在析氧的冲击下，正极活性物质密度下降，最后软化成泥状物脱落，导致寿命终止。由于α-PbO2有较好的机械强度和结构，由其形成的多晶网络可作为活性物质的骨骼，而β-PbO2有较小的尺寸和较大的比表面积，可给出较大的比容量，二者最优的比例是0.8，此时电池有最好的深放电性能。

1．2负板栅合金

阀控电池负板栅合金一般采用铅-钙合金，尽量减少析氢量。

负极由负极板栅及涂覆其上的负极活性物质组成，负极活性物质主要是海绵状金属铅，呈金属灰色。低温(-15℃)、高率(1HR)放电时，电池容量受限于负极，原因是铅电池的钝化即生成的硫酸铅将电解液与活性物质隔离。

负极添加剂主要包括膨胀剂、阻化剂：

膨胀剂：防止在循环过程中负极活性物质表面积收缩，同时起去钝化作用，常用的无机膨胀剂是硫酸钡、乙炔黑等，有机膨胀剂腐殖酸、木质素等

阻化剂：提高析氢过电位，阻滞铅电池在制造过程中的氧化

负极的不可逆硫酸盐化是电池提前失效的重要原因之一。

不可逆硫酸盐化：简称硫化，是负极活性物质在一定条件下生成坚硬而粗大的、几乎不溶解的硫酸铅，所以在充电时不能转化为海绵状铅，使电池容量大大降低的现象。

原因：通常是长期充电不足或放电状态下长期储存等使用或维护不当造成。

防止：及时充电，不要过放电。

2板栅厚度

正极板厚度决定电池寿命，极板厚度与电池预计寿命的关系见下表：

正板栅厚度（mm）循环寿命（次）

[10h率80%放电深度，25℃]预计浮充寿命（年）

（正常浮充使用）

2．01502

3．02574

3．44006