未来铅酸蓄电池发展方向

齐家炜

摘 要：汽车用蓄电池一般为铅酸蓄电池，简称“蓄电池”。蓄电池是汽车必不可少的一部分，主要作用是启动发动机，以及在发电机未发电时，暂时为汽车电气供电。蓄电池是电动汽车发展的瓶颈，世界各国都在研发可满足整车要求的、可靠性高的蓄电池。蓄电池的主要性能（能量密度、功率密度、循环寿命、温度特性、安全性）影响着蓄电池的发展。

关键词：蓄电池 发展 方向

中图分类号：TM912.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（c）-0120-01

我们知道蓄电池是一种可逆的化学电源，既能将化学能转变为电能供给用电设备，也能在充电时将电能转变为化学能储存起来。现代汽车上使用的蓄电池一般由6个单格电池串联而成，每个单格电池的电压为2 V，6个单格电池串联后对外输出电压12 V。化学反应方程式为：Pb（负极）+PbO2（正极）+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（化学反应可逆）（如图1）。

尽管今天铅酸蓄电池在结构设计与使用原材料方面比过去有了很大的改进，性能有了相当大的提高，许多设计和用料精良的免维护铅酸蓄电池使用的理论寿命也在提高，但真正能在使用中达到理论寿命的电池恐怕是少之又少。现在的行业中已经出现拉网电池、平板电池、曲板电池、铅布卷绕电池以及单体组合电池等。这些改进有的可以减少电解液比重的上下分层，有的可以提高极板表面积，有的可以延长蓄电池循环寿命，有的对发展新型高电压36 V汽车用蓄电池（暂称“起步用蓄电池”）指出了改进方向，然而蓄电池的形状变化是通过电池内部极板形状改变来决定的，总之一个目的想提高电池容量，减轻电池重量，提高电池比能量，从而又不能影响寿命等都将是产品研发的方向。

同时对蓄电池的电解液也进行了改进。铅酸蓄电池的电解液，以硫酸为主，纯度提高，影响到电池存放周期，为了减少电池自放电，有些企业高档产品中采用了试剂纯硫酸。电解液用液体式还是固体（胶体）正是当今改进方向，因为固体电解液虽在大电流放电性上不如液体，但固体电解液蓄电池不会倒流出硫酸，加上产品密封性好，电池使用后期不会因缺电解液而影响容量，并在防止活性物质脱落上延长了电池寿命，所以优点很多，因此一些密封型蓄电池产品已逐步使用固體电解质，同时，电解液内加入减少内阻的添加剂也能改善固体电解液的大电流放电性能，所以研究它仍具有提高产品性能和质量的好处。目前除了采用先配成胶体电解液后再直接灌入电池外，还有用无水硅胶磨成粉再灌入电池后加入硫酸解决电解液固体化的问题。

所以说未来铅酸蓄电池的开发目标中，第一个重要趋势是生产免维护电化学系统。目前还只有阀控式铅酸蓄电池（即VRLA电池）能满足这个要求。阀控式电池大大减少了维护或者是完全免维护。因此它比富液式电池便宜。在循环寿命和比能量输出方面，阀控式铅酸蓄电池性能比富液式铅酸蓄电池差10%～15%。需要提高阀控式电池的上述性能，使其接近富液式铅酸蓄电池。

铅酸电池发展的第二个重要趋势是提高输出功率。一般采用包铅的铜扩展式板栅（极板的栅架）替代负极铅板栅而实现。另外一个发展较快的设计趋势是采用卷绕式箔片极板的高功率蓄电池。板栅的改进是当今蓄电池行业主攻方向，板栅的改进分二类，一类是以改变材质及合金成分为主，其中有碳纤维、玻纤维和导电塑料外包铅的识成铅布为板栅，另有栅、压网板栅、铅网板栅、电沉积板栅、铸管式、袋式等新型板栅，以上这些板栅的改进都只有一个目的要减轻板栅重量，提高板栅的抗腐蚀程度，提高导电性减少内阻。总之，提高极板中的膏与板栅的重量比，从常规重运用稀土材料配制成稀土合金作板栅。另一类以改变形状为主，现出现的纤维板栅、拉网板量比64提高到73从而降低铅耗、节约成本。这些板栅的改进均是当前蓄电池产品改进的方向。

铅酸蓄电池技术第三个重要趋势是提高铅酸蓄电池可靠性。蓄电池的可靠性不仅取决于生产技术，而且也取决于充电方法。精心制定适用于各种类型蓄电池的充电方法，提高其循环寿命，是蓄电池技术发展的另一个重要趋势。目前行业上使用的隔板品种越来越多，有PVC、PP、PE和橡胶，纤维纸桨以及为配套密封电池用的AGM隔板，隔板的主要作用除了隔离正负极板短路并使电解液通过完成电化学反应外，另外作用是减少活性物质脱落，对密封电池中的AGM隔板还需具有吸附尽量多的酸量的作用，还需提高表面积，帮助被阴极吸收氧气合成水的作用。可以考虑在隔板紧贴极板的一面增加一层导电材料，使极板能减少内阻的作用。所以对隔板的改进和要求会越来越高，当今，可以提高蓄电池寿命的袋式隔板已在蓄电池产品中应用，并不断扩大，对隔板的改进希望在隔板生产厂来研发，并满足蓄电池厂新产品研发所需。

铅酸蓄电池将继续在制造过程中采用高技术工艺，向着提高电池可靠性和降低价格的方向发展。新型隔板的使用打开了通向蓄电池新设计方向之门，需要进一步精心制作和优化，使铅酸蓄电池能够应对与其它提高了竞争性电源的挑战。由环境需求和能源限制而引发的竞争，使汽车不得不面临较大的变化。提高安全性、舒适性以及降低燃耗将是汽车业发展的重点，汽车蓄电池将向着高功率、轻量化、小型化方向发展。同时，进一步强调其免维护性能，研究适宜的新技术、新工艺，完善阀控电池性能，降低阀控电池对温度的敏感性，以保持铅酸电池在化学电源中的主导地位，应对新的汽车技术的挑战。

参考文献

[1]周建平.汽车电器设备构造与维修[M].人民交通出版社，2005，5：8-19.

[2]黄孟涛.汽车电气设备[M].中国劳动出版社，1998，2：3-27.