雙極陶瓷隔膜蓄電池研究

雙極陶瓷隔膜鉛蓄電池的開發(fā)1雙極陶瓷隔膜鉛蓄電池的開發(fā)

2主要內(nèi)容1、前言2、雙極蓄電池結(jié)構(gòu)介紹3、雙極蓄電池的制作工藝4、雙極蓄電池性能5、雙極蓄電池的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)6、雙極電池發(fā)展前景展望31、前言傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池一直存在著質(zhì)量比能量較低的缺點(diǎn)，使其在某些應(yīng)用領(lǐng)域受到限制，但其有著技術(shù)成熟，價(jià)廉物美，材料可再循環(huán)利用的優(yōu)勢(shì)。雙極陶瓷隔膜鉛蓄電池的研究開發(fā)，就能夠大量降低蓄電池的鉛耗，提高鉛酸電池的重量比能量。同時(shí)雙極電池在充電速率、體積比能量上的大大改善，為鉛酸蓄電池作為新能源汽車尤其是混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力電源，提供了廣闊的發(fā)展前景。1、前言42、雙極蓄電池結(jié)構(gòu)介紹2.1傳統(tǒng)電池傳統(tǒng)電池是由若干正極板（序號(hào)3）和負(fù)極板（序號(hào)2）通過(guò)串并聯(lián)連接來(lái)獲得所需的電壓和容量而構(gòu)成的。電池單格內(nèi)有若干并聯(lián)的正極板和并聯(lián)的若干負(fù)極板交差，中間通過(guò)隔板（序號(hào)4）隔離組成，單格間由電池槽的隔墻（序號(hào)7）來(lái)絕緣隔離，活性物質(zhì)上的電流沿板柵傳導(dǎo)，通過(guò)極耳匯集匯流排（序號(hào)5），再經(jīng)單體間的聯(lián)接件，最后到達(dá)端極柱（序號(hào)6）。電流沿這些路徑通過(guò)時(shí)就會(huì)有一些能量被吸收，最后在引出端子上得到的能量就減少了。電池外部是由一個(gè)整體的ABS塑殼（序號(hào)1）承載各單個(gè)極群.圖1傳統(tǒng)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖52、雙極蓄電池結(jié)構(gòu)介紹2.2雙極板雙極性極板是由中間的導(dǎo)電基體與一面的正極活性物質(zhì)和另一面的負(fù)極活性物質(zhì)組成，其關(guān)鍵在于中間導(dǎo)電基體材料的選擇，材料要求具有能耐高溫、耐酸性、氣密性好、高強(qiáng)度、容易加工、成型工藝多等優(yōu)點(diǎn)，我們目前所用基體是由英國(guó)Atraverda公司提供。圖2雙極板示意圖62、雙極蓄電池結(jié)構(gòu)介紹2.3雙極電池圖3雙極電池示意圖如圖3所示的12V雙極性蓄電池結(jié)構(gòu)示意圖，本電池由6個(gè)單格電池構(gòu)成，每個(gè)單格中間是AGM隔板，用于隔離正負(fù)極活性物質(zhì)和吸附電解液的作用，各單格以一片AGM隔板為中心，兩則分別為正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)面面相對(duì)，構(gòu)成一對(duì)電化學(xué)反應(yīng)的電極，而各單格之間的電解液隔離絕緣及單體導(dǎo)電連接是由雙極板中間的導(dǎo)電基體來(lái)實(shí)現(xiàn)的；首先導(dǎo)電基體隔離相鄰兩單格的電解液，使單格間不會(huì)串液，基體具有良好的導(dǎo)電性，兩個(gè)單格間的串聯(lián)通過(guò)基體實(shí)現(xiàn)，依次形成多個(gè)單格的串聯(lián)，最后在靠邊的基體上分別引出正負(fù)極端子。72、雙極蓄電池結(jié)構(gòu)介紹2.4雙極電池結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖4雙極電池示意圖如圖3所示的12V雙極性蓄電池結(jié)構(gòu)示意圖，雙極電池與傳統(tǒng)鉛酸電池相比，沒(méi)有極板耳、匯流排、串聯(lián)連接件、正負(fù)極活性物質(zhì)共用同一導(dǎo)電載體等，減少了鉛耗，使電池重量減輕成為可能，雙極板的基體替代了傳統(tǒng)電池槽單格間的隔墻，節(jié)省了ABS材料，這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提高了電池的比能量，節(jié)省了材料，降低了成本。電池單格間通過(guò)基體導(dǎo)電，導(dǎo)電截面積大，距離短，與傳統(tǒng)電池相比，雙極性蓄電池單格電池內(nèi)的電阻，約是普通電池總電阻的五分之一，內(nèi)阻減小使蓄電池的大功率輸出性能提高，可以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車。83、雙極蓄電池的制作工藝流程涂板固化粘結(jié)裝配密封壓緊外觀處理加液化成充電圖5制作流程圖94、雙極蓄電池的性能雙極蓄電池結(jié)構(gòu)上特點(diǎn)，使其重量比能量顯著提高

圖5為雙極蓄電池12V10Ah（電池重3.5kg）各小時(shí)率的放電曲線。4.1雙極電池的容量圖6各小時(shí)率放電曲線20小時(shí)率放電，比能量達(dá)到：55wh/kg

5小時(shí)率放電，比能量達(dá)到：48wh/kg

2小時(shí)率放電，比能量達(dá)到：45wh/kg

比普通鉛酸蓄電池比能量高出50%104、雙極蓄電池的性能雙極蓄電池因電池內(nèi)阻小，正負(fù)極活性物質(zhì)中間導(dǎo)電載體——基體截面積非常大，加之緊裝配壓力大，從而能夠持續(xù)保持優(yōu)異的低溫充電接受能力。4.2雙極電池的低溫充電接能力可以滿足蓄電池快充的要求114.3雙極電池的循環(huán)壽命雙極蓄電池在循環(huán)壽命方面也給出了較好的性能。這是12V10Ah的雙極性閥控密封電池，按照DOD100%進(jìn)行循環(huán)壽命的測(cè)試。放電制度：5.0A放電到10.5V終止。充電制度：恒流2.0A限壓15.0V，充電8h。終止條件：連續(xù)三次放電容量低于額定容量的80%時(shí)結(jié)束。表1雙極性電池循環(huán)壽命曲線雙極蓄電池DOD100%循環(huán)壽命大于450次。DOD80%循環(huán)壽命可達(dá)1000次。4、雙極蓄電池的性能124、雙極蓄電池的性能雙極蓄電池沒(méi)有了普通鉛酸電池的極耳、匯流排、鉛零件等鉛材料，為鉛耗在蓄電池中所占比例由75%降低到50%左右。4.4雙極電池的單位AH耗鉛量少相同容量蓄電池，雙極蓄電池可節(jié)鉛30%135、雙極蓄電池的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)①雙極鉛蓄電池比傳統(tǒng)鉛蓄電池減少用鉛量30%。

②與傳統(tǒng)鉛蓄電池比，雙極蓄電池重量降低20%。

③更高的重量比能量，使得雙極性蓄電池作為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)，續(xù)行里程顯著增加，一次充電續(xù)行完全有能力達(dá)到300km以上；

④安全性能高，雙極性蓄電池是閥控式密封結(jié)構(gòu)，不漏液，與普通閥控密封電池機(jī)理相同，但中間隔膜較厚，可存電解液量更大，避免了電池的熱失控問(wèn)題。

⑤雙極蓄電池內(nèi)阻小，導(dǎo)電截面積大，具有優(yōu)異的高倍率輸出性能，也可以作為汽車起動(dòng)用途。

⑥使用壽命長(zhǎng)，是目前EV、HEV最理想的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電源。146、雙極蓄電池發(fā)展前景展望6.1雙極蓄電池的開發(fā)制造，目前還處于起步階段，全部制造過(guò)程均為人工操作，效率低，還需要有更專業(yè)的機(jī)器設(shè)備與之配套開發(fā)，實(shí)現(xiàn)極板制造、電池裝配及化成充電等的機(jī)械化生產(chǎn)。6.2雙極電池額定電壓調(diào)整靈活方便，無(wú)需增加過(guò)多成本。6.3雙極電池過(guò)程生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，容量高、壽命延長(zhǎng)，能滿足動(dòng)力電池使用要求。6.4通過(guò)雙極蓄電池的試制、試驗(yàn)，其與常規(guī)電池比，降低了鉛耗與環(huán)境污染，減少了生產(chǎn)工序，綜合成本優(yōu)勢(shì)明顯，發(fā)展?jié)摿薮蟆?.5隨著技術(shù)