第一节 铅酸蓄电池概述

一、铅酸蓄电池定义

铅酸蓄电池是蓄电池的一种，主要特点是采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和海绵状铅分别作为蓄电池的正极和负极的一种酸性蓄电池。

铅酸蓄电池是一种化学电源，也叫二次电池。它由极板（二氧化铅、铅）和稀硫酸溶液组成，是一种把化学能转换成直流电能的装置。放电时，它将化学能转换为电能，供用电设备使用；充电时，它又将电能储存起来，供下一次放电使用。每使用一次（放电），再经过充电，又能恢复到原来的状态，周而复始，循环数百次，乃至数千次，因此人们公认它是一种结构简单、使用方便、性能可靠的化学电源。铅酸蓄电池如图1-1所示。

二、铅酸蓄电池发展简史

铅酸蓄电池从发明至今，已有百余年的历史。

1859年，法国物理学家普兰特（G.plante）首先制造了铅酸蓄电池，但尚未形成现在意义上的蓄电池，而是形成式蓄电池，也称“普兰特电池”。1880年富尔用涂膏的方法制作极板，才有今天的涂膏式铅酸蓄电池。1882年，格拉斯顿和特雷伯提出了解释铅酸蓄电池成流反应的“双硫酸盐化”理论，才有了今天的铅酸蓄电池。

阀控式密封铅酸蓄电池，即VRLA蓄电池，诞生于20 世纪70 年代。到1975 年时，在一些发达国家已经有了一定的生产规模，很快就形成了产业化并大量投放市场。这种蓄电池虽然也是铅酸蓄电池，但是它与之前的铅酸蓄电池相比具有很多优点，因此备受用户欢迎。VRLA蓄电池常被安装在UPS、电信设备、移动通信设备、计算机、摩托车等，这是因为它是全密封的，不会漏酸，而且在充、放电时不会像老式铅酸蓄电池那样会有酸雾放出来而腐蚀设备、污染环境，所以从结构特性上人们又把VRLA蓄电池叫做密封铅酸蓄电池。由于VRLA蓄电池从结构上来看，它不但是全密封的，而且还有一个可以控制蓄电池内部气体压力的阀，所以VRLA铅酸蓄电池的全称为“阀控式密闭铅酸蓄电池”。为了便于区分，把老式铅酸蓄电池叫做开口铅酸蓄电池。由于阀控式密闭铅酸蓄电池开路电压高，放电电压平稳，原材料丰富易得，获得了广泛的应用。

随着科学技术的迅猛发展，铅酸蓄电池的品种和性能不断增多、改进，其应用领域更加广泛。铅酸蓄电池是工业蓄电池中数量最大的品种，每年以7%～8%的增长率增长，全世界铅酸蓄电池的销售额占各类电源销售总额的50%～60%。

在发达国家，铅酸蓄电池的销售情况和前景也很可观。根据国际电池协会报道的数据，2002年美国固定用和移动用铅酸蓄电池达到1500万美元。

三、铅酸蓄电池概况

铅酸蓄电池经过不断发展与完善，已成为世界上广泛使用的一种化学电源。铅酸蓄电池具有良好的可逆性、电压特性平稳、使用寿命长、适用范围广、原材料丰富及造价低廉等优点，是世界上各类电池中产量最大、用途最广的一种电池，它所消耗的铅占全球总耗铅量的82%。

铅酸蓄电池主要应用在交通运输、通信、电力、铁路、矿山、港口、国防、计算机、科研等国民经济的各个领域，是社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产品。

目前电动自行车、电动摩托车、电动三轮车、各种大小汽车，大多使用铅酸蓄电池作为动力电池。

我国铅酸蓄电池行业经过50年的建设与发展，已基本形成了大中小型企业相结合，具有一定规模的制造体系。“八五”计划后期，铅酸蓄电池行业发展稳定，产品档次和水平有了明显提高，产量呈上升趋势。进入“九五”计划后，随着我国改革开放进一步向纵深发展，能源、交通和通信等支柱产业飞速发展，主要用于汽车、摩托车、电力、通信等产业的铅酸蓄电池进入蓬勃发展时期，市场不断扩大。目前我国主要铅酸性蓄电池生产企业大约有上百家，其2005 年生产量为748719 万kVAh。近年来，电动汽车等无烟交通工具的开发，使铅酸蓄电池行业有了进一步的发展。1998—2004 年我国铅酸蓄电池产量年均增长17.8%，近两年产量增速加快，2004年达到了30%。2004年我国铅酸蓄电池产量接近6000万kVAh，精铅需求量也增加到136万吨，其中蓄电池耗铅占78%左右，这比1998 年增加了5%，而其他方面耗铅却呈下滑趋势。尽管所占的比例增加，但和发达国家消费结构相比还是较小，美国从2001年开始这个数字始终在86%左右。预计随着汽车数量的不断增加，中国蓄电池耗铅所占总量的比例还将继续增大。

我国是世界上铅酸蓄电池的生产及使用大国，据统计，我国铅酸蓄电池年产量上亿块，但因蓄电池使用寿命短、效率低等原因，全国每年有近5000万块蓄电池进入报废行列。这不仅耗费了大量的资金和资源，同时也对生态环境构成了严重的威胁。所以，铅酸蓄电池的修复与再生成为科研工作者的主要研究课题。谁能解决老百姓的日常生活困难，为老百姓节省开支，又为国家节约能源、保护环境，谁就能拥有最大的财富、最大的市场。

四、我国电动自行车用铅酸免维护蓄电池的发展过程

1.铅酸蓄电池在电动自行车发展中的地位

随着人民生活水平的提高，城市规模的扩大和环境保护的需要，近两年，电动自行车行业得到了蓬勃的发展，2002 年全国电动自行车厂家已有600多家，整车年产量100万辆，仅上海市就有21 万辆，浙江省占全国的三分之一。从目前情况看，电动自行车所用的动力蓄电池，由于价格等因素，有95%是采用铅酸蓄电池。

目前，我国电动自行车大多采用阀控式铅酸免维护蓄电池，所谓免维护是指用户使用中不需添加电解液，只需对其充电即可。

如今铅酸蓄电池生产企业由当初的几十家发展到目前的2000多家。

由电动车行业协会的统计数据可见，2006年我国铅酸蓄电池的年产值达80多亿元。据预测今后的几十年内，铅酸蓄电池在多个领域中的应用仍无法替代。

蓄电池是电动自行车的能源，是影响电动自行车性能的关键部件，也是制约电动自行车发展的关键。为适应电动自行车的需要，各种电动自行车用蓄电池发展也很快，镍氢蓄电池（Ni-MH）曾被认为是电动自行车用的主流蓄电池，但价格贵，实际上在国内市场占很小的比例，主要用于部分出口产品。

锂离子蓄电池用于电动自行车的呼声很高，多家公司正在研制并极力推出电动自行车用的锂离子蓄电池，整车厂家也积极推出使用锂离子蓄电池的电动自行车，但国内真正成熟的锂离子蓄电池和装此蓄电池的整车产品几乎还没有，有的也只是展览、试用等不成熟的产品。

机械可充锌空气蓄电池曾在上海试销，结果不理想，现停止试销，售出的产品已回收。

其他蓄电池，如Ni-Zn蓄电池、锌溴蓄电池和燃料电池等，虽然它们各有特点，但几乎都没有在商业化的电动自行车上使用。这主要是由于价格贵、综合性能不理想、技术不成熟、受资源和服务配套系统制约等因素的影响。

铅酸蓄电池虽然已是有100 多年历史的老产品，而且比能量较低，但因其性能合适、价格便宜、材料来源丰富、技术和制造工艺较成熟、安全可靠等综合因素，经市场检验、考核，已成为商业化电动自行车主要采用的蓄电池。现在市场上的电动自行车95%以上用阀控式铅酸蓄电池。随着阀控式铅酸蓄电池性能不断地改进提高，它在电动自行车上应用的主要地位很难被取代，保守地预测其生命期至少还有10年，甚至更长。

2.我国电动自行车用铅酸蓄电池发展史

（1）第一阶段：1997年国内的电动自行车用阀控式铅酸蓄电池普遍不能满足要求，主要表现如下。

① 容量不足。12Ah（2 小时率）蓄电池，2 小时率5A放电容量达不到10Ah；17Ah（2 小时率）蓄电池，2 小时率7A放电容量达不到14Ah。

② 比能量低。2小时率下的比能量达不到30Wh/kg。

③ 早期容量衰减现象明显。

④ 寿命短。100%放电深度的循环寿命只有50～60 次，使用寿命只有3～5个月。

当时有些人称，电动自行车用阀控式铅酸蓄电池是世界性难题，不易解决。

（2）第二阶段：1999—2000年部分厂家的铅酸蓄电池能满足要求。

① 容量和比能量有所提高。12Ah（2 小时率）蓄电池5A放电容量达到11～12Ah，比能量达33Wh/kg。

② 早期容量衰减现象有所改善。50次循环内的容量衰减在10%以内，但这样的厂家很少，只有约20%。

③ 寿命提高。100%放电深度的循环寿命超过250 次，使用寿命可达1年以上。但这样的厂家只有1～2家，约占5%。

④ 有些厂家蓄电池有漏液现象。

⑤ 部分厂家的蓄电池充电末期电流大于0.1A。

（3）第三阶段：2002—2003年能满足要求的铅酸蓄电池厂家增加，总水平提高。

① 外观一般没有问题，渗漏液现象几乎没有。

② 绝大部分厂家的蓄电池充电末期电流小于0.1A，合金成分和材料纯度符合要求。

③ 容量和比能量有进一步提高。2 小时率5A放电容量达到11.0～13.5Ah，比能量达到31～35Wh/kg。

④ 早期容量衰减现象进一步有所改善。50 次循环内的容量衰减在10%以内的厂家明显增加，约占被测样本的80%，说明早期容量衰减问题已能够解决。

⑤ 寿命明显提高。100%放电深度的循环寿命超过250 次，达到300次，使用寿命可达1.5年以上。

（4）第四阶段：近期的铅酸蓄电池有突破性进展。2005年至今，电动自行车用铅酸蓄电池性能又有新的突破性进展，主要表现如下。

① 100%放电深度的循环寿命几乎翻一番，已达570 次以上，有望超过600次。

② 初容量和比能量提高。6-DZM-10AH蓄电池5A放电时间达178min（14Ah以上），2小时率比能量达到37.96Wh/kg。

③ 蓄电池组的一致性改善。

3.我国电动自行车用铅酸蓄电池存在问题

蓄电池是电动自行车的动力来源，蓄电池的质量直接影响电动自行车的续行里程。我国大多数电动自行车厂家都采用铅酸蓄电池。采用铅酸蓄电池的电动自行车具有成本低的优势，其他蓄电池，如锂离子蓄电池、镍氢蓄电池等成本很高，充电技术目前也不完善。但铅酸蓄电池有它的缺点，例如，寿命短、比能量低、较笨重，会造成污染等一系列亟待解决的问题。

目前制约电动自行车发展的关键因素是蓄电池。蓄电池需要解决的三大问题为：提高蓄电池比能量、延长蓄电池深循环寿命和解决快速充电问题。

我国生产电动自行车用铅酸蓄电池的大小厂家有200多家，发展是不平衡的，产品质量参差不齐，因此电动自行车生产厂家要重视自己的品牌，对消费者负责，用质量过硬的蓄电池。蓄电池生产厂家要重视质量这个生命线，使产品质量达到较高水平。消费者购买蓄电池时要注意蓄电池品牌，购买性价比高的品牌蓄电池。

五、铅酸蓄电池的发展趋势

国家计委、经贸委、环保总局、机械工业部联合会和电动车辆专业委员会联合推出了“清洁汽车”与“清洁能源”工程，将发展电动车项目列为“八五”与“九五”重点科技攻关项目，并把上海、北京、天津等12个城市列为试点城市。在2005—2010 年开始推广电动汽车。成品油价税费改革方案已于2009年1 月1 日起实施，此政策的实施必将带动环保节能的电动汽车行业快速发展。

电动汽车如图1-2所示。