铅酸蓄电池行业发展概况

(一)行业发展概况

1、电池行业发展概况

电池制造业在我国既是传统产业，又是新能源产业的重要组成部分，与新能源汽车、可再生能源、现代电子信息、新材料、装备制造等多个战略性新兴产业关联紧密，电池制造业也是我国国民经济建设中最重要的基础性产业，关系国计民生和建成小康社会的基础;电池产品在适应我国新形势下的国民经济发展，保障特种战略需要，满足大众工作、生活消费多样化需求等方面，具有广泛的应用领域和十分重要的作用，电池包括物理电池和化学电池。

物理电池是利用物理效应，将太阳能、热能或核能直接转换成直流电能的装置，如太阳能电池、温差发电器、核电池等;化学电池是一种将化学能直接转变成直流电能的装置，如铅酸蓄电池、锂离子电池、锌锰电池等。在电池中，化学电池是最主要的电池。化学电池按是否可以循环使用，分为一次电池和二次电池两大类。

其中，一次电池是活性物质仅能使用一次的电池，又称原电池，如锌锰电池，碱锰电池等;二次电池可充电、循环使用，又称蓄电池。蓄电池利用电池内活性物质在放电状态下发生化学反应输出电流，在充电状态下发生逆向化学反应储存电能。

蓄电池按电极材料和工作原理的不同，主要分为铅酸蓄电池、锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池等四大类。其中，铅酸蓄电池具有性价比高、容量大、功率高、寿命长、安全可靠等优点，是目前世界上产量最大、用途最广的一种电池;锂离子电池凭借能量密度高的优势也占据一定的市场份额。

2、铅酸蓄电池概述

(1)铅酸蓄电池的构成和工作原理

铅酸蓄电池由正极板、负极板、隔板、电解液、塑料槽等组成。铅酸蓄电池正极活性物质为二氧化铅(PbO2)，负极活性物质是铅(Pb)，电解液是稀硫酸，正负极之间由隔板隔开，电解液中的离子可以通过隔板中的微孔，电极上的电子不能通过隔板。

铅酸蓄电池放电后，正极板的活性物质二氧化铅(PbO2)转化成硫酸铅(PbSO4)附着在正极板上，负极活性物质铅(Pb)也转化成硫酸铅(PbSO4)附着在负极上，电解液中的硫酸扩散到极板中去，电解液的浓度降低。铅酸蓄电池在充电时，发生相反的反应。通过充电、放电反应，铅酸蓄电池可以反复使用，直到储存的容量达不到电器的要求时，寿命终止。

铅酸蓄电池单格电池(又称单体电池)的标准电压是2V。为满足用电器高电压的需要，电池常通过串联组合成6V、12V等电池组;为满足用电器高容量需要，常通过增加极板面积或将相同极板并联焊成极群来实现。

将完全处于充电状态的电池，按一定放电条件，放电到所规定电压时所释放出的电量称为电池的容量，单位一般用安培小时(简称安时，用“Ah”表示)。电池释放电量的能力称为能量，为电池的容量乘以平均放电电压，通常用伏安时(VAh)或千伏安时(kVAh)表示。

(2)铅酸蓄电池的发明

1799年伏打(AlessandroVolta)用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片组装成电堆;1836年，丹尼尔(JohnFredericDaniell)利用伏打电堆的工作原理制成了第一个实用电池，标志着化学电池进入生产和生活中，但铜锌体系的电池用完后不能充电供重复使用，阻碍了其更广泛地应用。1801年，戈特洛(NicolasGautherot)在实验中用伏打电堆和两根铂丝电解盐水产生氢气和氧气，在其撤走电源并将两根铂丝直接接触时，出现了短时间的反向电流(当时也被称为二次电流，今称放电电流)，但电流维持的时间太短，没有实用价值。

1802年里特(JohannWilhelmRitter)用伏打电堆向一叠夹以盐水浸湿纸片的铜片进行充电，在撤走电源后，其发现两片铜片之间存在0.3V的电压;之后再用金属铅、锡和铜替代铜片进行了实验，均测到了不同的电压值。1854年德国科学家辛斯特登(WilhelmJosephSinsteden)在使用多种电池进行研究时，认识到浸没在硫酸中的铅电极具有一定的储能容量，即对电极充电之后可以向负载供电，并报道了其能量密度，但其未意识到这一发现的重要价值。

1859年，普兰特(RaymondGastonPlante)独立于辛斯特登发现并报道了从浸在硫酸溶液中并充电的一对铅板，在撤去充电电流并加上负载后可以得到有效的放电电流，这个体系的放电电流在诸多电极-电解液体系中可以维持最长的时间，并且电压也最高。普兰特根据这一原理设计了具有实用价值的蓄电池，并在1860年向法国科学院展示了这一可充电电池，这标志着第一个可以重复使用的电池问世。1870年，发电厂开始使用直流发电机，并引入铅酸蓄电池进行负载调峰，即在晚上充电，白天供电。

1879年爱迪生(ThomasEdison)发明了白炽灯，让电力走进千家万户，同时激发了用户在输电线架设不到的地方使用电源的需求，这正是铅酸蓄电池的应用场合。限于制造工艺，当时铅酸蓄电池还无法大规模生产，但越来越多的研究者已开始参与铅酸蓄电池的研究。从此，铅酸蓄电池开始处于因市场需求而促进其研发的状态，人们对它进行不断地研究和改进，使其得到极大地发展。铅酸蓄电池是迄今发展时间最长，技术最成熟的电池技术。

1881年，富莱(CamilleAlphonseFaure)和布鲁希(CharlesFrancisBrush)二人制成涂膏式极板，即用铅的氧化物和硫酸水溶液混合制成铅膏涂在铅板上，较好地防止了活性物质的脱落，使铅酸蓄电池的制造工艺有了很大进步。1882年赛隆(JohnScudamoreSellon)采用铅-锑(Pb-Sb)合金制造板栅，克服了由于充放电前后电极活性物质体积膨胀、收缩使得作为活性物质载体的板栅发生变形的问题，大大提高了电池极板的强度，使铅酸蓄电池的寿命有了较大提高。

1970年之前，铅酸蓄电池的极板需浸在可流动的硫酸中使用，在电池充电后期和过充电时，会发生电解水的副反应，氢气和氧气可无障碍地释放出来，这带来电解液失水，电池需定期维护的问题。于是研究人员一直试图研制“密封式”铅酸蓄电池，希望能克服上述问题。1957年德国阳光(Sonnenschein)发明了SiO2胶体密封铅酸蓄电池，即阀控式密封铅酸蓄电池(valve-regulatedlead-acidbatteries，VRLA)的Gel技术。

1971年美国盖茨(Gates)公司发明了吸液式超细玻璃棉隔板(absorbedglassmat)即阀控式密封铅酸蓄电池的AGM技术。Gel技术和AGM技术的阀控密封铅酸蓄电池，实际解决了电池内部氧气的复合循环问题，运行及安全性能远远超过之前的技术。VRLA从1973年于小型电池实现商业化之后至今，在外形及尺寸上均有了较大的发展，因而广泛适用于众多领域，成为蓄电池产品中的重要组成部分。

(3)铅酸蓄电池的分类

按照应用领域划分，我国的铅酸蓄电池主要可分为备用电源电池、储能电池、起动电池和动力电池四大类。备用电源电池是主要用于通讯备用电源、不间断电源(UPS)、应急照明电源及其他备用电源的蓄电池。储能电池指适用于供太阳能发电设备和风力发电机以及其他可再生能源的储能用蓄电池。起动电池是主要应用于汽车、摩托车、燃油发动机起动、点火和照明的蓄电池。动力电池主要应用于电动自行车、电动特种车(电动游览车、高尔夫车、巡警车、叉车等)、低速电动乘用车、混合电动车等电动车辆作为动力。

按照电池中极板的结构分为板式、管式和卷绕式等类别，分别称为平板式电池、管式电池和卷绕式电池。此外，根据铅酸蓄电池中电解液处于游离状态和吸附(或固定)状态，分为富液式蓄电池和贫液式蓄电池。贫液电池中，电解液吸附在玻璃纤维隔板中的蓄电池常设计成阀控密封式，称为阀控式密封蓄电池;电解液用二氧化硅胶体固定的蓄电池称为胶体电池。