1、铅酸蓄电池资料主要内容：主要内容：1 铅酸电池概述2 工作原理 3 二氧化铅正极4 铅负极5 铅酸电池的电性能6 铅酸电池制作工艺重点内容重点内容： 蓄电池：蓄电池：工作原理 正极正极：板栅的腐蚀和变形 负极负极：钝化；负极添加剂；负极极板的不可逆硫酸化 制造工艺制造工艺：与原电池相比蓄电池制造工艺的复杂性，活性物质的制备、极板的化成。 1.1 发展历史发展历史 1859年，Plante发明了铅酸电池 Plante（普朗特）（普朗特）：法国物理学家 最重要的成就是发明了铅酸蓄电池。1 概述概述普朗特电池Plante battery 两片薄铅皮卷式电极，中间用亚麻布隔开，在硫酸溶液中反复充放电，
2、使得铅皮表面腐蚀得到活性物质，电池能够放出较大电流。第一种得到商业应用的可充电池。 1870年，发电机出现，充电方便重大改进： 涂膏式极板涂膏式极板 1881年，Faure专利：铅氧化物、硫酸溶液和膏，涂在铅片上，大大缩短化成时间，电极利用率和电池放电容量也大为提高。 优点：制造容易，容量提高 缺点：活性物质脱落 板栅与板栅与Pb-Sb合金板栅合金板栅 1881年，Volckmar：板栅 1881年，Sellon：Pb-Sb合金 1882年，Brush：机械涂板现代铅酸电池涂膏式极板重大改进： 1920年 负极膨胀剂：使用木制隔板，电池性能较好木质素，腐殖酸等 合成材料用于电池槽、盖、隔板等
3、1890-1900 木制隔板 1914-1920 橡胶隔板 1927-1937 微孔橡胶隔板 1948-1950人造纤维粘结隔板重大改进：阀控密封铅酸蓄电池阀控密封铅酸蓄电池 Valve regulated lead acid battery （VRLA） 20世纪70年代开始开发，80年代商品化，仍在发展中重大改进：1859年法国Plante发明铅酸蓄电池AGM隔离板美国Gate公司1971年PSOC技术NorthStar2001年卢森堡第一座铅蓄厂Trible双极硫酸盐化理论1882年1957年德国阳光公司胶体技术1890年Phillipart管式极板铅钙合金Haring1935年铅酸蓄电
4、池的历史铅酸蓄电池的历史1.2 铅酸蓄电池组成与结构电池组成电池组成 (-)Pb/H2SO4 /PbO2(+)单体电池电压：2.0 V循环寿命300次通常为几个单体电池串联使用电池电池结构结构1.3 铅酸蓄电池的特点优点：高倍率放电性能好：潜艇水下全速推进1h工作温度宽：-40+60oC电动势较高：2V无记忆效应：适合浮充使用，备用电源使用寿命长：5年可任意尺寸容量，价格低廉，容易回收缺点：比能量低；污染1.4 铅酸蓄电池的分类(1)按电极结构与活性物质填充方式按电极结构与活性物质填充方式 形成式形成式 管状式管状式 涂膏式：铸造板栅、铅布板栅、扩展式板栅等涂膏式：铸造板栅、铅布板栅、扩展式板
5、栅等铅酸蓄电池的分类(2)按电解液分类按电解液分类 富液铅酸蓄电池富液铅酸蓄电池 胶态电解液铅酸蓄电池胶态电解液铅酸蓄电池 阀控密封铅酸蓄电池阀控密封铅酸蓄电池铅酸蓄电池的分类（3）按电解液含量和充电维护情况 干放电蓄电池：无电解液 干荷电蓄电池：无电解液，极板荷电，灌入电解液即可使用 湿荷电蓄电池：只有部分电解液，用时灌足 带液荷电蓄电池 免维护少维护蓄电池(4) 按用途分类 启动用铅酸蓄电池： 固定型铅酸蓄电池： UPS电源 电动汽车、电动自行车用动力铅酸蓄电池 新能源储能用 军用 便携式设备用铅酸蓄电池铅酸蓄电池的分类1.5 铅酸蓄电池型号 铅酸蓄电池产品汉语拼音字母的意义铅酸蓄电池产品
6、汉语拼音字母的意义汉语汉语拼音拼音字母字母表示电池类型表示电池类型表示电池特征表示电池特征QGDNTMUHKWFMGTAHBJF含义含义起起动动固固定定蓄蓄电电池池车车内内燃燃机机车车铁铁路路客客车车摩摩托托车车用用储储能能型型航航空空免免维维护护阀阀控控密密封封管管式式涂涂膏膏干干荷荷电电化化成成式式半半化化成成式式胶胶体体电电解解液液防防酸酸防防爆爆串联单体数电池类型和特征额定容量2 铅酸蓄电池的铅酸蓄电池的工作原理工作原理 二次电池的条件：二次电池的条件： 1. 电极反应可逆，是一个可逆的电池体系。电极反应可逆，是一个可逆的电池体系。 2. 只采用一种电解质溶液，避免因采用不同的只采用一
7、种电解质溶液，避免因采用不同的电解质而造成电解质之间的不可逆扩散。电解质而造成电解质之间的不可逆扩散。 3. 放电生成难溶于电解液的固体产物。可避免放电生成难溶于电解液的固体产物。可避免充电时过早生成枝晶和两极产物的相互转移。充电时过早生成枝晶和两极产物的相互转移。2.1 电池反应和电动势电池反应和电动势 1882年，Glandstone和Tribe提出“双极硫酸盐化双极硫酸盐化”(-) Pb | H2SO4 | PbO2 (+)实验依据实验依据：(1)放电，H2SO4含量减小，充电，H2SO4含量增加。并且充、放电量还与电解液H2SO4含量成正比。 (2)对放电前后活性物质进行分析。具体的反
8、应具体的反应: H2SO4，在电解液中的存在形式：H+？H2SO4？SO42-？HSO4-？ H2SO4二元酸，二级电离1224430244122442SO2HSO244H SOHHSO ,1025 CHSOHSO,1.2 10HSOlg1.92pHHSOKKKKaKa ,两边取对数, 当pH=1.92时 SO42-=HSO4-当pH1.92时 SO42-HSO4-H2SO4电解液强酸性，pH1.92，SO42-HSO4-，离子大部分是H+和HSO4-。 （-）Pb + HSO4- - 2e- PbSO4 + H+（+）PbO2 + 3H+ + HSO4- + 2e- PbSO4 + 2H2O
9、 Pb+PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 244SOlg1.92pHHSO 放电放电充电充电放电放电充电充电放电放电充电充电电极电势 ？ 4H()HSOln2oaRTFa 423HHSO()2H Oln2oaaRTFa负极：正极：240PbO /PbSO1.655 V40PbSO /Pb0.3 V 影响电池电动势E的因素：（1）电极材料本性有关：-PbO2、-PbO2（2）硫酸与水的活度242H SOH O1.955lnaRTEFa（3）温度：电动势的温度系数()PET铅酸蓄电池的热力学数据铅酸蓄电池的热力学数据(实验测定值实验测定值)3 PbO2正极 PbO2+3H+H
10、SO4-+2e-PbSO4+H2O 溶解溶解沉淀机理沉淀机理 固相反应机理固相反应机理3.1 PbO2正极的反应机理正极的反应机理溶解溶解沉淀机理：沉淀机理： 放电时：放电时：PbO2被还原，产生Pb2+ 进入溶液，当与HSO4-的浓度乘积大于PbSO4的溶度积时，就沉淀出PbSO4，附着在电极上 观点观点1：PbO2首先溶解为Pb4+离子，接着Pb4+离子在PbO2晶格表面被还原为Pb2+，Pb2+与HSO4反应形成PbSO4。 (溶解步骤) (电子转移步骤) (沉积步骤)422PbO4HPb2H O42Pb2Pbe244PbHSOPbSOH观点观点3：还原过程中：还原过程中 离子转入溶液离
11、子转入溶液 (质子吸附) (第一个电子转换控制步骤) (第二个电子转换快步骤) (溶解步骤) (沉积步骤)观点观点2：还原过程中：还原过程中 离子转入溶液离子转入溶液 (得电子溶解步骤) (中间产物转移) (沉积步骤) 222PbO2PbOe2222PbO4HPb2H O244PbHSOPbSOH+222PbO2HPbO (H )+222PbO (H )Pb(OH)e22Pb(OH)Pb(OH)e222Pb(OH)2HPb2H O244PbHSOPbSOH 充电时：充电时：溶液中的Pb2+被氧化为Pb4+，将电子传给外电路，同时溶液中的H2O将电子留在溶液中，O2-和Pb4+进入PbO2晶格。
12、由于溶液中Pb2+被消耗，于是PbSO4不断溶解，PbSO4连续不断地被氧化为PbO2固相反应机理固相反应机理放电时：放电时：固态机理认为PbO2首先通过固相过程还原为PbOx（1.3x晶核成长速度，沉积出的PbSO4晶体细小，致密晶粒间的空隙少，能进行电化学反应的电极面积甚微。 温度温度：低温下，PbSO4的溶解度小，则过饱和度就大。同时，反应速率下降，极化增大。 H2SO4浓度浓度：H2SO4越高，过饱和度越大。4.3 Pb负极添加剂 负极中常用添加剂： 腐殖酸、木素磺酸钠等 -羟基-萘酸膨胀剂阻化剂膨胀剂 作用：作用：防止负极收缩，改善电池循环寿命和提高电池的输出功率，特别是低温下的输出
13、功率。 有机膨胀剂有机膨胀剂：(腐殖酸、木质素、木素磺酸钠等)防止负极活性物质在循环过程中的表面积收缩。吸附在电极表面，降低体系的表面张力，降低体系表面能推迟钝化。添加剂吸附在铅上，使硫酸铅结晶中心生成能(在铅上)提高，硫酸铅直接在金属铅上结晶的可能性减少了，硫酸溶液仍能通过扩散与铅表面接触，使放电的电极反应继续进行，从而防止和推迟了负极的钝化，提高了负极的容量BaSO4(0.5%1.0%)作用：BaSO4与PbSO4同晶系，高度分散的BaSO4可作为PbSO4晶核，晶核多，过饱和度低，生成PbSO4疏松多孔，有利于H2SO4扩散，减轻浓度极化。推迟钝化，BaSO4存在时, PbSO4在BaS
14、O4上析出，活性物质Pb不被覆盖防止铅表面收缩：BaSO4惰性，把Pb与Pb机械隔离，颗粒不易合并，保持电极活性物质发达的表面积。碳黑作用：增加负极活性物质的分散性，增加导电性。无机膨胀剂无机膨胀剂：( BaSO4，碳素类)阻化剂极板化成，正极PbO2，负极Pb，海绵铅活性高，遇有空气就被氧化。干荷电蓄电池要求注入H2SO4后20min即可投入使用，不必进行初充电阻化剂：阻化剂：控制化成后铅负极的氧化。配方法：铅膏中直接添加少量抗氧剂，这类物质比铅更易被氧化，干燥时，“抗氧剂”先被氧化而保护了海绵铅。松香，-羟基-萘酸（1,2酸）浸渍法：化成后熟极板浸渍化学抗氧剂，再干燥。负极铅上形成一层保护
15、膜。当极板浸到硫酸溶液中时，此膜破裂，不影响负极性能。（甘油甘油酸铅， 硼酸硼酸铅）4.4 铅负极的自放电铅负极的自放电 1. 析氢析氢 Pb + HSO4- PbSO4 + H+ + 2e 2H+ + 2e H2 总反应：总反应：Pb + H2SO4 PbSO4 + H22. 与氧作用与氧作用Pb + HSO4- PbSO4 + H+ +2e1/2O2 + 2H+ +2e H2O总反应：Pb + 1/2O2 + H2SO4 PbSO4 + H2O氧在硫酸中溶解度很小，自放电小，析氢为主。氧在硫酸中溶解度很小，自放电小，析氢为主。3.正极板栅合金组分向负极的迁移正极板栅合金组分向负极的迁移Sb
16、 2SbO+ +3Pb +3H2SO4 2Sb+3PbSO4+H20 正极板栅组分对负极自放电的影响正极板栅组分对负极自放电的影响现象：负极表面层（1 mm）中Sb量0.12%0.19% ，锑量是随着正极合金中Sb含量的增加而增加原因：正极板栅合金中Sb的迁移，正极板栅腐蚀，Sb以(Sb3O9)3-离子形式转入溶液，小部分迁移到负极。(Sb3O9)3-吸附在负极活性物质上，充电时或是被还原为三价锑，或是返回溶液。三价锑(SbO)+、(SbOSO4)-能够还原成Sb沉积在负极。危害：加速了负极自放电，负极的充电接受能力下降（充电效率）4.5 Pb负极硫酸盐化 如果铅酸电池经常充电不足、过放电，或
17、放电态下长期贮存，电池容量严重下降。 粗大坚硬的PbSO4形成，这些粗而硬的PbSO4导电性差，在电解液中几乎不溶解，在充电时不易转变为Pb，失去可逆性，电池容量减少。 负极（不可逆）硫酸盐化原因之一：由于PbSO4重结晶而使其溶解度减小负极放电生成PbSO4，充电时微细晶体易于变成Pb，留下大晶粒。表面积大，表面能大，有向能量减小方向自发变化趋势，表面积收缩。 浓度和温度的波动，一些小晶粒 就可能溶解而沉积在较大的PbSO4晶粒上，较大的晶粒就会逐渐长成粗大晶粒。表面活性物质也可能会吸附在正极，为什么未引起正极不可逆硫酸盐化？正极充电时进行的是阳极氧化，电位较正，可以把这些杂质氧化。原因之二
18、：添加剂在电极表面吸附杂质吸附在PbSO4表面，影响PbSO4溶解度，限制了充电时PbSO4还原。吸附在Pb表面，就提高Pb的析出过电位，使充电不能正常进行硫酸盐化现象硫酸盐化现象： (1)电解液：电液密度低于正常值 (偏低) (2)电池电压：充电时，电压很快上升，气泡过早产生；放电时，电压很快下降，容量明显低于正常值。 (3)温度：充电时，电解液易发热 (因为电阻大) (4)极板颜色：极板颜色不正常 (有白点)消除方法：消除方法：原理：溶解沉积机理。H2SO4电解液浓度低时，PbSO4溶解量大 用蒸馏水代替硫酸，以小电流充电（正常充电电流的1/2或1/10），待大量气体逸出，电解液密度增加到
19、1.1g/cm3后停止充电，再用蒸馏水替代硫酸，重复上述操作，直到电解液密度不再增加后，调整电解液至所需密度。预防方法：预防方法： 及时充电，防止过放电5 板栅板栅板栅作用： 活性物质的载体，保持和支撑活性物质 集流体，蓄电池在充放电过程中电流的传导、集散，并使电流分布均匀。 电阻率：PbO2：32.510-1 cm Pb-Sb合金：2.462.8910-5 cm 板栅合金板栅合金 材料的要求： a 机械性能好：抗机械形变和物质膨胀，抗腐蚀变形 b 板栅材料电阻要小 c 化学稳定性好 。降低腐蚀速率；使腐蚀均匀进行。 d 浇铸性好 e 可焊性好 f 价格便宜纯纯Pb不适合作板栅材料不适合作板栅
20、材料纯铅太软，强度很差，受力时易于变形，不能承受涂板、化成、装配等工序中的一些外力作用。强度差，不能承载过多的活性物质。难以浇涛成复杂形状的板栅。长期使用中，在板栅表面会生成腐蚀产物，在体积变化的应力作用下，板栅用纯铅制造时，其筋条会伸长，甚至翘曲。Pb-Sb合金优点机械强度高：抗张强度、硬度高，对浇涛板栅，特别是对薄而形状复杂的板栅非常有利。浇涛性好，铅锑合金的熔点低。纯铅的熔点327，而9%Sb的合金熔点只有265。浇涛时液体易于充满铸模。铅锑合金的膨胀系数比纯铅小。对板栅保持铸膜内的轮廓形状是有利的。Pb-Sb合金板栅腐蚀层导电性好，Sb是PbO2成核的催化剂, 阻止了活性物质晶粒的长大
21、, 活性物质不易脱落,板栅与活性物质之间的结合力好，提高了电池的容量和寿命Pb-Sb合金缺点Pb-Sb合金电阻比纯铅大，耐蚀性不如纯铅好，锑会从正极板栅溶解下来，引起负极自放电。Sb上析氢过电势低低锑合金早期含Sb 4%12%，目前低锑合金含锑0.75%3%。低锑合金：锑含量，寿命 ；机械强度 ；不易铸造，添加其他元素：As：0.15%0.2%，提高耐腐蚀性，加速硬化，提高机械性能，Pb-Sb-As耐腐蚀，寿命提高；注意毒性！Sn：0.1%0.5%，改善铸造性能，增加流动性，减少铅合金的氧化损失，改善硬度；Se：0.005%0.1%，提高硬度，改善浇铸性；Cd：1%2%，改善硬度，减少裂纹，提
22、高析氢过电位，使结晶细致，腐蚀均匀，提高耐腐蚀性能，减少析气，提高过充电寿命；镉有污染，价格也较贵Cu：0.025%0.069%，降低氧化损失，提高可铸性，提高硬度和抗拉强度；Pb-Ca板栅合金：析氢过电势高，导电性能好；但早期容量损失；Ca易烧损，含量不易控制。 Pb-Ca-Sn-Al板栅合金：导电性好，且Al减少铸造过程中Ca的烧蚀Pb-Sb-Ag：耐蚀性能好，但是Ag不能太多Pb-Sb-Cd：析氢过电势高，超钙合金其它板栅合金：对构型的要求 板栅构型：合理的构型设计及纵横筋条的粗细与位置，促进极板电流、电位分布均匀 板栅设计理论依据：板栅在等电位点下没有电流流过，在这些部位上的筋条的主要
23、作用是支撑活性物质，而不是导电。因而这类筋条的横截面积可以适当减小，以减轻板栅的总重量。而在主要汇流处或电压降较大的部位则必须增加筋条的横截面积，以尽量减少电压降的损失板栅设计原则： 1整体构型：最有利于电流分布和电位分布，减少电压降损失 2极耳位置：侧边偏中部 3板栅厚度：电池寿命、极板利用率、极性、电池用途 4板栅筋条的横截面积：一方面板栅筋条横截面积尽可能大；另一方面活性物质应占据极板的主要部分。一般将活性物质与板栅之间的重量比控制在(1.22.5):1。 5板栅筋条的横截面形状：三角形，棱形和（椭）圆形。 6综合考虑筋条密度和活性物质利用率：典型构型：6 隔板及电解液隔板及电解液6.1
24、 隔板（隔板（Separator）1、微孔硬橡胶隔板2、聚氯乙烯塑料隔板3、聚烯烃树脂微孔隔板4、玻璃棉纸浆复合隔板5、玻璃丝隔板及套管6.2 电解液电解液 （Electrolyte)蒸馏水配置，不同用途不同密度7 铅酸蓄电池制造工艺原理铅酸蓄电池制造工艺原理铅酸电池前存在的问题目前存在的主要问题目前存在的主要问题（一）水损失（一）水损失1、原因：、原因： 氧复合不能达到氧复合不能达到100%；安全阀失效或频繁开启，向外排气导致失水；安全阀失效或频繁开启，向外排气导致失水；电池泄漏和外壳材料选择不当导致水的渗透；电池泄漏和外壳材料选择不当导致水的渗透；正极板栅的腐蚀而导致水的转化。正极板栅的腐
25、蚀而导致水的转化。2、后果：、后果： 电池会因水损失干涸而失效，严重影响寿命。电池会因水损失干涸而失效，严重影响寿命。（二）负极硫酸盐化（二）负极硫酸盐化 铅酸蓄电池在正常工作中，负极板上铅酸蓄电池在正常工作中，负极板上PbSO4颗粒小，充颗粒小，充电时很容易恢复为绒状铅。电时很容易恢复为绒状铅。 在充电不足或经常进行深度放电，成了难以还原的大颗在充电不足或经常进行深度放电，成了难以还原的大颗粒硫酸铅，称为硫酸盐化。粒硫酸铅，称为硫酸盐化。 内阻大大增加，甚至电池失效。内阻大大增加，甚至电池失效。（三）早期容量损失（三）早期容量损失主要表现为主要表现为:电池在使用期间，过早的出现容量衰退，使电
26、池在使用期间，过早的出现容量衰退，使电池不能继续使用，并且在一般充电制度下容量难以恢复。电池不能继续使用，并且在一般充电制度下容量难以恢复。3种模式：突然容量损失种模式：突然容量损失(PCI-1)，慢慢容量损失，慢慢容量损失(PCL-2)和和负极无法再充电负极无法再充电(PCL-3)。PCL-1:表现为电池在最初的表现为电池在最初的1050次循环内，电池性能次循环内，电池性能快速下降从而引起容量突然下降。解决了板栅与活性物快速下降从而引起容量突然下降。解决了板栅与活性物质之间的结合力和导电性，就解决了质之间的结合力和导电性，就解决了PCL-1。主要解决途径：板栅与活性物质之间的结合力和导电性。
27、主要解决途径：板栅与活性物质之间的结合力和导电性。PCL-2:认为正极的导电性限制了电池容量。认为正极的导电性限制了电池容量。 这是由于在循环使用过程中正极这是由于在循环使用过程中正极PbO2的膨胀而引起活性的膨胀而引起活性物质颗粒之间连接的破坏，从而影响导电性。物质颗粒之间连接的破坏，从而影响导电性。 放电越深越快，放电速率越大，活性物质膨胀和容量损放电越深越快，放电速率越大，活性物质膨胀和容量损失的趋势就越大。失的趋势就越大。PCL-3：负极再充电不足导致负极板底部硫酸盐化，从：负极再充电不足导致负极板底部硫酸盐化，从而影响负极导电与单体电池电压。而影响负极导电与单体电池电压。 这是一种仅
28、在这是一种仅在VRLA电池才有的早期容量损失模式，一电池才有的早期容量损失模式，一般在般在200250个循环时发生。个循环时发生。预防预防PCL可采取措施可采取措施:(1)高温、高湿固化正极板，形成高温、高湿固化正极板，形成4PbOPbSO4铅膏。铅膏。(2)在电池充电放电过程中采取高倍率充电。在电池充电放电过程中采取高倍率充电。(3)在正板栅合金中加入添加剂在正板栅合金中加入添加剂Sn、Sb或活性物质中加入或活性物质中加入SnSO4和和Sb2O3化合物。化合物。加入加入SnSO4和和Sb2O3活性物质更易于生成凝胶区。活性物质更易于生成凝胶区。Sn、Sb加入板栅铸造，可改善界面的电导率，同时
29、也改加入板栅铸造，可改善界面的电导率，同时也改善板栅的机械性能。善板栅的机械性能。(4)在极板制造和电池运行中，通过制造工艺形成合适的在极板制造和电池运行中，通过制造工艺形成合适的腐蚀层结构。腐蚀层结构。(四四)板栅的腐蚀板栅的腐蚀 在过充电状态下，正极由于析氧反应，水被消耗，在过充电状态下，正极由于析氧反应，水被消耗，H+浓度增加，板栅腐蚀加速。浓度增加，板栅腐蚀加速。 板栅腐蚀使电池的容量降低，最后失效。板栅腐蚀使电池的容量降低，最后失效。 在遭受腐蚀的同时板栅产生变形，甚至于个别筋条在遭受腐蚀的同时板栅产生变形，甚至于个别筋条断裂，最终导致整个电池损坏。断裂，最终导致整个电池损坏。减缓正
30、极板栅的腐蚀方法：减缓正极板栅的腐蚀方法：(1)增加正极板栅的厚度。增加正极板栅的厚度。(2)采用良好的合金材料。采用良好的合金材料。(3)在电池设计上采用玻璃纤维或胶体电解质，防止板在电池设计上采用玻璃纤维或胶体电解质，防止板栅延伸变形，提高板栅的机械支撑力。栅延伸变形，提高板栅的机械支撑力。(五五)热失控热失控是指蓄电池在恒压充电时充电电流和电池温度发生一种累是指蓄电池在恒压充电时充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用，并逐步损坏蓄电池。积性的增强作用，并逐步损坏蓄电池。热量来源热量来源:其内部存在氧循环，即氧与负极反应形成氧化其内部存在氧循环，即氧与负极反应形成氧化铅的过程是一个放热
31、反应；且散热条件差。铅的过程是一个放热反应；且散热条件差。为避免热失控，应注意如下问题：为避免热失控，应注意如下问题：(1)通过适当的设计避免热失控。例如电池灌酸量的设计通过适当的设计避免热失控。例如电池灌酸量的设计一般要能达到一般要能达到14mL(Ah)。(2)改进安装设计，改善电池与环境媒介的热更换。改进安装设计，改善电池与环境媒介的热更换。(3)选择合适排气阀的开阀压力，使析出气体适当排出，选择合适排气阀的开阀压力，使析出气体适当排出，以减少电池内部的热积累。以减少电池内部的热积累。(4)按照温度变化进行温度补偿性充电。通过降低充电电按照温度变化进行温度补偿性充电。通过降低充电电流，氧气
32、流也降低。流，氧气流也降低。(七七) 正极板栅的长大正极板栅的长大 正极板栅的长大是由于其表面氧化膜的生成造成的 正极板栅长大的后果是其线性尺寸增加、弯曲以及个别筋条的断裂,从而造成板栅的破坏和电池正极板栅在使用过程中的变形称为板栅的长大 1. 寿命的终止 阀控式铅酸蓄电池介绍阀控式铅酸蓄电池介绍 阀控式铅酸蓄电池(Valve Regulated Lead-Acid Battery, VRLA)，广泛使用的一种铅酸蓄电池，主要特点是： 电解质吸附于AGM隔板中或者变成胶体状态，内部无游离酸 每个单体有一个安全阀，大部分时间处于密封状态，内压过大时开阀排气降压 1938年Dassler提出的气体
33、复合原理是VRLA的理论基础 1957年德国阳光公司的胶体(GEL)技术和1971年美国Gates公司的AGM技术是VRLA的实践基础 目前主要有AGM技术和GEL技术两种什么是阀控式铅酸蓄电池？什么是阀控式铅酸蓄电池？阀控式铅酸蓄电池结构特点阀控式铅酸蓄电池结构特点1、极板组(1)组成：正极板和负极板(2)正极板：板栅：铅钙多元合金 活性物质：PbO2(3)负极板：板栅：铅钙合金 活性物质：Pb(4)板栅（基板）作用：导电 支撑活性物质(5)活性物质作用：参与电化反应 2、隔膜、隔膜（1）材料：超细玻璃纤维（AGM）（2）作用：防止正、负极板短路 储存75%左右的电液 氧气扩散平行隔膜表面的
34、孔为小孔：用于储存电液。垂直隔膜表面的孔为大孔：用于进行氧气扩散，即透氧。3、电解液、电解液 电解液：稀硫酸溶液（ H2SO4 ） 电解液作用：导电及进行电化反应 贫液设计，即电池内没有多余的电液 电液密度为: 1.3g/Cm3 用酸量为： 1014mL/Ah4、单向节流阀（安全阀）、单向节流阀（安全阀）（1）作用当电池内盈余气体的压力达到开阀压时,开启安全阀排泄气体，防止电池内气体聚集，减小电池内压，确保安全。当压力下降到闭阀压时阀门自动关闭，防止空气中的气体进入电池而加速电池自放电。 2）开阀压：1040KPa（3）闭阀压：110KPa 闭阀压不能选择太小，否则长期处于开阀状态，将造成电池
35、失水，电液枯干，内阻增大，发热严重，电池失效。5、氧循环原理 密封电池正、负极板活性物质配比设计与普通电池相反 PbO2 Pb普通电池 ： 4.46g/Ah 3.87g/Ah密封电池： 1份 1.08 1.20份 充电后期有如下反应： 正极：2H2O O2+4H+2e 负极： 2H+2e H2 即充电后期，正极析出氧气，负极析出氢气。 正极的O2经隔膜大孔到达负极，使负极产生如下反应： 2Pb+O22PbO +热 PbO+H2SO4PbSO4+H2O +热 6、防止充电时产生气体的措施（1）板栅采用无锑合金，提高负极析氢过电位，也就是提高产生气体的临界电压，抑制氢气的析出。（2）采用特制安全阀
36、使电池保持一定内压。（3）利用隔膜大孔，通过贫液式设计，在正负极板和隔膜之间预留气体通道，当正极产生O2时，O2顺着气体通道至负极，在负极析氢前与Pb反应，实现电池内部的氧循环。负极因生成PbSO4使极化电位降低，从而使负极不析氢，而H2O重新回到系统中，以实现免维护。（4）负极活性物质过量10%左右，充电时正极的氧气先产生，且与负极的铅发生反应，使负极总是处于充电状态，抑制了氢气的产生。 阀控式铅酸蓄电池：通过安全阀排出内部生成的多余气体的铅酸蓄电池铅酸蓄电池结构示意图 外壳：一般是塑料外壳如ABS，PP等，也有外部再加钢壳的 正极：主要是红棕色氧化铅(PbO2) 负极：主要是海绵状的金属铅
37、(Pb) 端子：铅或铜质，铜端子更常见 隔膜：AGM或胶体，吸附硫酸水溶液 安全阀：内部气体溢出通道，一般加防爆石和滤酸器高端电池有时配备排气孔和导气管，保证电池柜内氢气的零积累阀控式铅酸蓄电池的结构阀控式铅酸蓄电池的结构 卷绕式极板结构特点装配紧密极板更薄 优点较宽的工作温度范围(-5070)大电流充放电性能更好搞震性能良好可靠性高 缺点工艺复杂，造价高不适用于浮充 适用范围国防，医疗器械，仪表特殊的阀控式铅酸蓄电池特殊的阀控式铅酸蓄电池板栅：占蓄电池总质量的20%30%，主要作用是： 活性物质的载体：铅膏靠板栅保持和支撑 集流体：担负着电流的传导、集散作用并使电池分布均匀性能要求：导电性好
38、，耐腐蚀，与活性物质结合性好，足够的强度阀控式铅酸蓄电池的结构阀控式铅酸蓄电池的结构 目前最广泛使用的Pb-Sb和Pb-Ca合金： Pb-Sb合金循环性能好，但易失水，正极板栅腐蚀快 Pb-Ca合金浮充性能好，板氢电位高因此失水率低，导电性能好，但易出现PCL-1及板栅膨胀而导致的活性物质脱落 Pb-Ca-Sn-Al合金：铅钙系合金的代表，目前使用最广泛 其它：德国曾生产用于军事的镀铅的铜板栅以及导电塑料板栅，成本高昂正极：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
39、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阀控式铅酸蓄电池的结构阀控式铅酸蓄电池的结构 二氧化铅有-PbO2和-PbO2两种晶体：-PbO2是正交晶系，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-PbO2是立方晶系，晶粒较小因此有更大的比表面积，放电时给出的容量是-PbO2的1.53倍电池寿命初期，活性物质以-PbO2为主，寿命末期以-PbO2为主：电池寿命初期，正极活性物质以为-PbO2主放电时-PbO2生成PbSO4，充电时PbSO4生成-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，-PbO2的比例增加，活性物质间的结合慢慢
40、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-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-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阀控式铅酸蓄电池的结构阀控式铅酸蓄电池的结构负极：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阀控式铅酸蓄电池的结构阀控式铅酸蓄电池的结构 负极添加剂主要包括膨胀剂、阻化剂
41、：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，不要过放电不可逆硫酸盐化不可逆硫酸盐化正常的负极活性物质粗大的硫酸铅晶体 高温 理想工作温度是1525 较高的温度可提高容量，但缩短寿命
42、 温度每升高10，浮充寿命缩短一半，循环寿命缩短约15% 频繁的充放电 除前几次循环外，每次充放电都会导致电池的容量下降 部分高性能AGM电池的浅循环寿命可达数千甚至上万次，但几乎所有AGM电池的100%DOD循环寿命均只有300500次铅酸蓄电池的两大天敌铅酸蓄电池的两大天敌 铅酸蓄电池的充放电特性铅酸蓄电池的充放电特性 铅酸蓄电池的容量及其影响因素铅酸蓄电池的容量及其影响因素 电池容量主要取决于活性物质的数量及其利用率 活性物质的利用率与放电制度、电极和电池的结构、制造工艺等有关作业：作业： 铅酸蓄电池负极不可逆硫酸盐化原因？铅酸蓄电池负极不可逆硫酸盐化原因？ PbOPbO2 2电极自放电原因？电极自放电原因？ 铅酸电池中铅酸电池中PbPb负极钝化原因？负极钝化原因？ 铅酸电池硫酸盐化有哪些现象？铅酸电池硫酸盐化有哪些现象？此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
