铅酸蓄电池发展综述
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【摘 要】论文阐述了铅酸电池的基本结构、原理以及发展历程，结合当前铅酸电池的实际发展情况，对国内电池行业的发展前景进行了展望。
【Abstract】This paper describes the basic structure， principle and development process of lead-acid battery. Combined with the actual development of lead-acid battery， the paper looks forward to the development prospects of China's battery industry.
【关键词】铅酸电池;新型电池;发展
【Keywords】lead-acid battery; new battery; development
【中图分类号】TM912.9 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）11-0138-02
1 引言
铅酸电池自1859年问世以来，经历了近160年的发展，无论在理论研究方面，还是在产品设计、产品种类、产品性能等方面都得到了长足的进步，其运用领域涉及通信、交通、军事、电力等各个领域，在经济发展中铅酸蓄电池发挥了极其重要的作用。
2 铅酸蓄电池的基本结构
铅酸蓄电池的基本结构一般包括正极板、负极板、隔板、壳体、电解液、液孔塞（排气阀）、联接条等，如图1所示。
2.1 极板
极板包括正极板、负极板，对应电池的正极和负极。两种极板都是以铅合金板栅为骨骼涂上富含各种添加剂的铅膏，经过干燥、固化、化成而成的多孔电极。正极板的有效物质为褐色的二氧化铅，负极的有效物质为深灰色的海绵状铅正负极板数的多少，由电池的容量的大小来决定为了获得较大的蓄电池容量，常将多片正、负极板通过连接条分别并联，组成正负极极板群。
2.2 隔板
隔板包括聚氯乙烯（PVC）塑料隔板、微孔硬橡胶隔板、玻璃纤维隔板等，但无论哪种隔板其基本作用就是防止正负极板的活性物质相互接触发生短路，而让电解液能够顺利通过，参与正负极板的化学反应。隔板上密布着细小的孔，既可以保证电解液的自由扩散和离子的迁移，又可以阻隔正、负极板之间活性物质的脱落造成的接触。
2.3 电解液
铅酸蓄电池的电解液是1.200～1.300g/cm3稀硫酸，其相对密度大小应根据电池的类型来定。一般固定型和牵引型的电池电解液密度比起动型大。电解液中可以添加金属硫酸盐等添加剂来消除铅酸电池的硫酸盐化，提高容量，延长电池的使用寿命。
2.4 壳体
壳体也称电池槽，包括硬橡胶壳体、聚丙烯塑料壳体。壳体应该能够承载电池电解液和极板，具有耐酸、耐热等基本性能，根据电池的应用领域不同，壳体也会具有耐低温、耐冲击等性能。
2.5 加液孔盖
加液孔盖是旋在电池盖的通气孔，一般由橡胶或塑料制成。液孔盖的作用是使电池在充放电过程产生的氢气、氧气及酸性气体达到一定压力时顺利排出，而电解液不能从液孔塞流出。加液孔盖上的通气孔应保持畅通，防止蓄电池过早损坏或爆炸。
2.6 联结条（汇流排）
容量不同的电池需要用不同数量的正负极板串并联组合起来，而这种连接串并联的链条，就是联结条。在塑料外壳的中间壁上打孔连接正负极极板的称为穿壁式焊接，在硬橡胶外壳上连接正负极极板的称为外露式焊接。
3 铅酸蓄电池充、放电的基本原理
在铅酸蓄电池中，正极板活性物质为PbO2，负极板活性物质为Pb，电解液为H2SO4。放电时，正极活性材料和负极材料都生成了PbSO4，充电时正负极的PbSO4又都恢复成各自的活性物质，这就是“双硫酸盐化理论”。电解液硫酸在其中传导电流，并参与反应。
其具体的化学反应方程式如下：
①放电反应：
負极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4
正极：PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O
总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
②充电反应：
负极：PbSO4+2e-=Pb+SO42-
正极：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-
总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
4 铅酸电池的发展历程
1881年Faure成功研制涂膏式极板，SwSellon成功研制Pb-Sb板栅合金代替平板铅片;1882年Ttibe和Gladstone提出了双极硫酸盐化理论，成为沿用至今的铅酸电池的理论基础;1882年Tudpr建立了世界上第一个铅酸蓄电池厂;1890年Phillipart和Wood-ward发明了初级管状电极，形成管式电池;1935年Haring和Thomas成功研制了Pb-Ca板栅合金，使电池不再需要加液，免维护电池由此诞生;1938年A.Dassler提出气体复合原理，进一步完善了密封铅酸电池的理论基础;1971年美国GATES公司发明了洗液式超细玻璃纤维隔板（AGM）实现了电池内部氧气的循环复合，使铅酸电池实现密封，从而使AGM技术的阀控式密封铅酸电池在通信、电力、计算机等工业领域广泛应用，并作为动力电池在电动自行车、高尔夫车等中应用。 5 铅酸电池的优势和劣势
铅酸电池因其原料丰富、制造工艺成熟、成品价格低廉、性能安全可靠等显著优势在通信、交通、电力等各个领域内都得到广泛应用。目前，在汽车起动、电动助力车、通信基站、工业叉车等诸多领域，铅酸电池始终仍然占据行业主导地位。
虽然铅酸电池的取得很大的发展，但与锂离子电池、镍氢等其他电池相比，铅酸电池也存在一系列问题：比能量低、比功率低和循环寿命短等，使得在如今电动汽车行业中越来越边缘化，而且少部分企业存在环境保护设施不完善、污染严重等问题，为社会舆论诟病。但是在成本、安全可靠性以
及回收利用率等方面均比锂离子电池、镍氢电池都占有优势。
6 铅酸电池的未来发展方向
近年来，国际上新型的铅酸电池正在快速发展，如卷绕式电池、超级电池、双极性电池等，经过技术改造和设备更新，很大程度上提升了行业技术水平。
①瑞典OPTIMA公司与VOLVO公司联合开发的HEV专用陶瓷隔膜双极性鉛酸蓄电池是铅酸蓄电池的新突破。电池采用双极性结构，以陶瓷做隔膜，与传统铅酸蓄电池相比用铅减少50%，重量减少20%，具有循环寿命长、安全免维护、充放电效率高、价格便宜、容易回收等特点，如图2所示。
②美国Hawker公司开发了36V/8Ah双极耳卷绕式阀控铅酸蓄电池组，该电池采用了压延薄极板（0.4mm）、不固化内化城、高装配压力等多种新工艺，8Ah电池可以250A高倍率放电，其比功率等性能已达到氢镍电池水平，成本不足氢镍电池的1/2。
③美国EastPann公司生产的超级电池已在HondaCivic中等混合的HEV上应用。应用结果显示，超级电池完全可以替代MH-Ni等电池，比MH-Ni电池具有更好的运行性能，电池成本大幅度降低，更有利于废旧电池的回收利用[1]。
7 结语
随着国家《铅酸电池行业准入条件》的发布，将淘汰那些产能低、环保不合格的铅酸蓄电池企业，从而保证铅酸蓄电池从生产到再回收都能满足环保要求。未来的20年中，铅酸蓄电池仍然会占有主导地位，当然这也需要广大的研究铅酸蓄电池的科研人员齐心协力、开拓创新，研发科技含量更高和质量更好的铅酸蓄电池[2]。
【参考文献】
【1】薛奎网.电动自行车及其铅酸蓄电池产业现状及发展趋势[J].电动自行车，2009（5）：25-28.
【2】李国强，李光升.铅酸蓄电池研究的国内外研究综述[J].山东工业技术，2017（24）：53.
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