铅酸蓄电池用隔板技术现状及应用
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电源技术
综
述
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铅酸蓄电池用隔板技术现状及应用
章宁琳& ， 胡信国& ， 毛贤仙!
（& E 哈尔滨工业大学 应用化学系， 黑龙江 哈尔滨 &("""&；! E 杭州南都电源有限公司， 浙江 杭州 %&""&%） 详细列举了 JKL+ 电池对隔板提出的新要求； 根据铅 摘要： 综述了富液式铅酸蓄电池和 JKL+ 电池对隔板的不同需求， 酸蓄电池应用领域的不同， 包括启动、 点火、 照明用 （ =L>） 、 工业用、 阀控密封式及牵引用铅酸蓄电池， 总结了相应隔板须 具备的技术条件； 简述了几种新型隔板的研究和应用情况， 其中包括 （ &） 新型结构— — —多层隔板的应用， （ !） 新型研究 — — —隔板压缩对电池性能的影响， （%） 新型材料— — — =MN 隔板和 H*?M#N@ 隔板； 并对隔板的发展趋势作出展望。 关键词： 铅酸蓄电池； 隔板； 循环寿命 中图分类号： O ? ’&! E & 文献标识码： + 文章编号： 增#"&$’#"% &""!#"P$ I（!""&）
［J］ 孔径减小显著， 拉伸强度显著增强。 . * - * 29;;93;: H &IP 时，
强度， 以防止搬运、 装配、 震动、 摩擦、 压缩时造成的损伤， 并防 止隔板被刺穿； 具有良好的可弯曲性， 适用于流水线装配； 小孔 径， 以防止枝晶穿透； 有良好的抗氧化能力， 以防止隔板在电池 运行过程中软化、 破裂； 具有优秀的耐热能力 （牵引用铅酸蓄电 池有时工作温度可达 ’( ) ） 。 随着铅酸蓄电池应用领域的日益多元化， 对隔板材料、 结 构、 性能指标也相应提出新要求， 出现了新应用。 ! !*" 几种新型隔板的研究与应用 新型结构— — —多层隔板 在 +,-. 电池中， ./0 隔板起着很多作用。其中之一是 将电解液吸附在 ./0 中， 使其固定不动。粗纤维因其有较大 表" !"#$ 1
［&］ 车和自动导航车牵引能源。对隔板要求如下 ： 有优良的机械
图1
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通过试验发现， 多层隔板比单层隔板的毛细作用强， 吸液能力 更好， 因而灌酸相对容易， 且消除了酸液分层现象。使用多层 隔板的电池有更好的大电流放电性能， 尤其是在低温条件下。
混合和隔离纤维隔板的孔径尺寸、 拉伸强度的比较
孔径尺寸 $5;9 63U9 O!= 最大 =:V !! * ’I 1( * I1 J * KI 1! * ’" ( * W’ 1I * I" ( * J" W * II ( * !1 K * 1W ( * II ( * IW 平均 .E4 * 1I * && J * W! " * (( ( * K1 " * !& & * ’’ ! * WJ & * 1W ! * ’’ " * WW ! * (" ! * (’ 最小 =3< ( * (" " * KI ! * !J " * 1! ! * !J ! * "W 1 * K& ! * 1I 1 * KW ! * "I 1 * ’J 1 * &I
板； 高倍率放电性能优于图 1 （ 7） 的电池采用不同比表面积的 ［如图 （ ］ 。 ./0 隔板 1 :） 欧美生产的纤维中， 粗纤维的平均直径为 ! H & ! 细纤 =， 维的平均直径通常低于 1 ! 为 I* J H I* K ! =， =， LMN 表面积大 约为 ! * I =! O 4。制造多层隔板主要有以下三种方法： （ 1） 将所 有纤维混合制成单层隔板； （!） 将各种纤维分别制成单层， 再复 合成多层； （"） 分别以不同比例的粗细纤维制成多层隔板。表 1 给出了单层和多层隔板的一些结构和性能的对比。 从表 1 可以看出， 隔板的多层应用， 尤其是细纤维占 "IP
交通、 运输、 电讯等事业的蓬勃发展， 对铅酸蓄电池提出了 更高的技术要求， 隔板作为其重要部件也得到相应的发展。 在传统的富液式铅酸蓄电池中， 隔板只是作为防止正负极 短路的惰性隔离物。它须要具备良好的离子导电性， 制造方法 与生产工艺相匹配， 物理和化学性质具有长期稳定性等
［&］
要； （%） 隔板必须在酸液中不溶， 且杂质含量应小， 以防止杂质 溶入电解液中影响电池性能； （X） 隔板需要有高的孔率， 以使酸 液分布均匀， 且在灌酸和化成时酸液流动顺畅； （ (） 隔板需具有 一定的弹性， 以保证隔板在电池充放循环过程中始终和极板间 保持紧压状态； （Y） 隔板须能吸收足够的电解液 （通常为 ("Z [ ， 同时要保证电池处于贫液状态； （ $） 隔板必须允许电解 $"Z ） 液在其中自由流动， 尤其是在电池处于过充电状态下， 为氧气 循环再化合提供气体通路等。 隔板所起的重要作用日益得到人们的重视， 被称作 “第三 电极” 。铅酸蓄电池作为一种成熟的电源产品， 应用范围很广， 不同应用领域的铅酸蓄电池产品对隔板的要求也不尽相同。 3 不同类型铅酸蓄电池对隔板的要求 不同类型铅酸蓄电池对隔板的性能要求是不同的。铅酸 蓄电池按其用途大致分为以下几种： （&） 启动、 点火、 照明 （ =L>） 电池， 主要用于汽车、 摩托车、 内 燃机车和电力机车。这类电池工作时必须产生瞬时大电流， 因
素很多， 结合电池工作、 生产等各方面综合考虑， 对蓄电池隔板
万方数据
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电源技术
章宁琳等： 铅酸蓄电池用隔板技术现wenku.baidu.com及应用
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收稿日期： !"""#"$#%& 作者简介： 章宁琳 （&’$$—） ， 女， 安徽省人， 硕士 （现在中科院上 海冶金所信息功能材料国家重点实验室读博， 上海 !"""(" ） ； 导师： 胡信国 （&’%’—） ， 男， 浙江省人， 博士生导师， 教授。 （ &’$$—） ， （ ,9: 56 5 !"#$%&’()： )*+,- ,./0#1./ 234513， 456738 ； ;9<79851 <5/;.;573 ./ =>? ， @#45.1： /./01./AB5/0 C .76D8 E 6.4 E 5<E </） =F# （&’%’—） ， *H I./0#0F9 4513， ;9<79851 6FG38D.698， G38D.698： G89236698 E
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［%］ 此对隔板的电阻性能要求很高 。而影响隔板电阻性能的因
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在阀控铅酸蓄电池 （ JKL+） 中， 隔板除了需具有上述性能外， 还
［!］ 需具有以下性质 （ ：& ） 启动、 点火、 照明用电池的隔板作为电
解液贮存物， 必须能吸收足够的电解液以保证电池的放电容 量， 同时还必须有恰当的孔率， 以保证气体可以再复合； （ !） 隔 板必须有足够的抗拉伸和机械强度， 以适应机械化生产的需
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提出如下要求： 小电阻， 以利于大电流放电； 小排酸量， 以利于 提高电池容量； 小孔径， 以防止铅枝晶穿透隔板； 高强度， 以利 于电池装配。 （!） 工业用铅酸蓄电池， 主要用于邮电、 通讯、 发电厂和变 电所开关控制设备以及计算机备用电源等， 这类电池通常要有 长的循环寿命， 隔板相应要求如下： 良好的机械稳定性， 在蓄电 池整个寿命期间能保持其形状； 良好的热稳定性， 可在较高温 度下工作。 （"） 阀控密封式铅酸蓄电池， 可用于应急灯、 电讯、 广 #$%、 电、 铁路和航标等， 该类电池要小电流持续放电， 它对隔板提出 更高的要求： 可快速吸收电解液， 且电解液保持能力强； 小孔 径， 高孔率； 在干态和湿态条件下均可保持弹性， 使极板始终保 持一定的正压力； 当隔板吸液饱和时， 仍有气体通路， 以利于氧 气循环再化合， 实现电池密封厚度均匀， 误差小。 （&） 牵引用铅酸蓄电池， 主要用于机车、 高尔夫车、 电动叉
综
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铅酸蓄电池用隔板技术现状及应用
章宁琳& ， 胡信国& ， 毛贤仙!
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［J］ 孔径减小显著， 拉伸强度显著增强。 . * - * 29;;93;: H &IP 时，
强度， 以防止搬运、 装配、 震动、 摩擦、 压缩时造成的损伤， 并防 止隔板被刺穿； 具有良好的可弯曲性， 适用于流水线装配； 小孔 径， 以防止枝晶穿透； 有良好的抗氧化能力， 以防止隔板在电池 运行过程中软化、 破裂； 具有优秀的耐热能力 （牵引用铅酸蓄电 池有时工作温度可达 ’( ) ） 。 随着铅酸蓄电池应用领域的日益多元化， 对隔板材料、 结 构、 性能指标也相应提出新要求， 出现了新应用。 ! !*" 几种新型隔板的研究与应用 新型结构— — —多层隔板 在 +,-. 电池中， ./0 隔板起着很多作用。其中之一是 将电解液吸附在 ./0 中， 使其固定不动。粗纤维因其有较大 表" !"#$ 1
［&］ 车和自动导航车牵引能源。对隔板要求如下 ： 有优良的机械
图1
有利于电池高倍率放电的 多层隔板的可能结构 234 * 1 $5663789 :;;:<49=9<>6 5? =@8>3A8:B9;9C ./0 69D:;:>5;6 ?5; ?:E5;3<4 F34F ;:>9 C36GF:;49
通过试验发现， 多层隔板比单层隔板的毛细作用强， 吸液能力 更好， 因而灌酸相对容易， 且消除了酸液分层现象。使用多层 隔板的电池有更好的大电流放电性能， 尤其是在低温条件下。
混合和隔离纤维隔板的孔径尺寸、 拉伸强度的比较
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板； 高倍率放电性能优于图 1 （ 7） 的电池采用不同比表面积的 ［如图 （ ］ 。 ./0 隔板 1 :） 欧美生产的纤维中， 粗纤维的平均直径为 ! H & ! 细纤 =， 维的平均直径通常低于 1 ! 为 I* J H I* K ! =， =， LMN 表面积大 约为 ! * I =! O 4。制造多层隔板主要有以下三种方法： （ 1） 将所 有纤维混合制成单层隔板； （!） 将各种纤维分别制成单层， 再复 合成多层； （"） 分别以不同比例的粗细纤维制成多层隔板。表 1 给出了单层和多层隔板的一些结构和性能的对比。 从表 1 可以看出， 隔板的多层应用， 尤其是细纤维占 "IP
交通、 运输、 电讯等事业的蓬勃发展， 对铅酸蓄电池提出了 更高的技术要求， 隔板作为其重要部件也得到相应的发展。 在传统的富液式铅酸蓄电池中， 隔板只是作为防止正负极 短路的惰性隔离物。它须要具备良好的离子导电性， 制造方法 与生产工艺相匹配， 物理和化学性质具有长期稳定性等
［&］
要； （%） 隔板必须在酸液中不溶， 且杂质含量应小， 以防止杂质 溶入电解液中影响电池性能； （X） 隔板需要有高的孔率， 以使酸 液分布均匀， 且在灌酸和化成时酸液流动顺畅； （ (） 隔板需具有 一定的弹性， 以保证隔板在电池充放循环过程中始终和极板间 保持紧压状态； （Y） 隔板须能吸收足够的电解液 （通常为 ("Z [ ， 同时要保证电池处于贫液状态； （ $） 隔板必须允许电解 $"Z ） 液在其中自由流动， 尤其是在电池处于过充电状态下， 为氧气 循环再化合提供气体通路等。 隔板所起的重要作用日益得到人们的重视， 被称作 “第三 电极” 。铅酸蓄电池作为一种成熟的电源产品， 应用范围很广， 不同应用领域的铅酸蓄电池产品对隔板的要求也不尽相同。 3 不同类型铅酸蓄电池对隔板的要求 不同类型铅酸蓄电池对隔板的性能要求是不同的。铅酸 蓄电池按其用途大致分为以下几种： （&） 启动、 点火、 照明 （ =L>） 电池， 主要用于汽车、 摩托车、 内 燃机车和电力机车。这类电池工作时必须产生瞬时大电流， 因
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（ JKL+T） *+,-%&.-： OB3 ;.22383/7 ;345/;6 92 63G5857986 ./ 2199;3; 5/; D51D3 830 F1573; 135; 5<.; S57738.36 :383 ， 83D.3:3; 5/; 7B3 /3: 83UF.8343/76 92 63G5857986 298 JKL+T :383 1.673; ./ ;375.1 6G3<.511V E OB3 ;.22383/7 73<B# /919 0.<51 <9/;.7.9/6 92 JKL+T :383 6F4458.A3; 298 D58.9F6 5GG1.<57.9/6， 6F<B 56 L+T 298 =L>， ./;F678.51 F63， D51D3#830 F1573; L+T 5/; 785<7.9/ L+T E =943 157367 836358<B36 5/; 5GG1.<57.9/6 92 /9D31 63G5857986 :383 5169 G83# （&） — — 4F17.#15V383; 63G5857986； （!） — — 7B3 ./21F3/<3 92 <94# 63/73;， 7B3V :383： /3: 678F<7F83 — /3: 836358<B36 — （ %） — — =MN 5/; H*? M#N@ 63G5857986E W./511V， /3: 45738.51— 7B3 ;3D319G 43/7 G8366.9/ 9/ L+T G3829845/<3； G896G3<7 92 L+T :56 9F71./3; E /0) 1#%2,： 135;#5<.; S57738 V； 63G585798； <V<13 1.23
收稿日期： !"""#"$#%& 作者简介： 章宁琳 （&’$$—） ， 女， 安徽省人， 硕士 （现在中科院上 海冶金所信息功能材料国家重点实验室读博， 上海 !"""(" ） ； 导师： 胡信国 （&’%’—） ， 男， 浙江省人， 博士生导师， 教授。 （ &’$$—） ， （ ,9: 56 5 !"#$%&’()： )*+,- ,./0#1./ 234513， 456738 ； ;9<79851 <5/;.;573 ./ =>? ， @#45.1： /./01./AB5/0 C .76D8 E 6.4 E 5<E </） =F# （&’%’—） ， *H I./0#0F9 4513， ;9<79851 6FG38D.698， G38D.698： G89236698 E
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［%］ 此对隔板的电阻性能要求很高 。而影响隔板电阻性能的因
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在阀控铅酸蓄电池 （ JKL+） 中， 隔板除了需具有上述性能外， 还
［!］ 需具有以下性质 （ ：& ） 启动、 点火、 照明用电池的隔板作为电
解液贮存物， 必须能吸收足够的电解液以保证电池的放电容 量， 同时还必须有恰当的孔率， 以保证气体可以再复合； （ !） 隔 板必须有足够的抗拉伸和机械强度， 以适应机械化生产的需
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提出如下要求： 小电阻， 以利于大电流放电； 小排酸量， 以利于 提高电池容量； 小孔径， 以防止铅枝晶穿透隔板； 高强度， 以利 于电池装配。 （!） 工业用铅酸蓄电池， 主要用于邮电、 通讯、 发电厂和变 电所开关控制设备以及计算机备用电源等， 这类电池通常要有 长的循环寿命， 隔板相应要求如下： 良好的机械稳定性， 在蓄电 池整个寿命期间能保持其形状； 良好的热稳定性， 可在较高温 度下工作。 （"） 阀控密封式铅酸蓄电池， 可用于应急灯、 电讯、 广 #$%、 电、 铁路和航标等， 该类电池要小电流持续放电， 它对隔板提出 更高的要求： 可快速吸收电解液， 且电解液保持能力强； 小孔 径， 高孔率； 在干态和湿态条件下均可保持弹性， 使极板始终保 持一定的正压力； 当隔板吸液饱和时， 仍有气体通路， 以利于氧 气循环再化合， 实现电池密封厚度均匀， 误差小。 （&） 牵引用铅酸蓄电池， 主要用于机车、 高尔夫车、 电动叉