第四章鉛酸蓄電池

第4章鉛酸蓄電池呂京美E-mail:lvjingmei2010@密碼：2009electroljm1017@126.comTel/p>

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主要內(nèi)容:4.1鉛酸電池概述4.2熱力學(xué)原理4.3板柵4.4二氧化鉛正極4.5鉛負(fù)極4.6鉛酸電池的電性能4.7鉛酸電池結(jié)構(gòu)及制作工藝/20110703/109260.shtml/40151/2013/03/28/6351s4067193.htmhttp:///ShowNews1.aspx?id=265165本章重點(diǎn)：

?

蓄電池工作原理

?

正極：板柵的腐蝕和變形

?

負(fù)極：鈍化；負(fù)極添加劑；負(fù)極極板的

不可逆硫酸化

?

結(jié)構(gòu)與制造工藝：與原電池相比蓄電池

制造工藝的復(fù)雜性，活性物質(zhì)的制備、

極板的化成 4.1概述?

鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)、用途及發(fā)展、特點(diǎn)(-)

PbH

2SO

4

PbO

2

(+)

Pb

+

PbO2+2H2SO4

→

2PbSO4+2H2O?

一個(gè)電池體系滿足哪些條件才能作為蓄電池？1.

電池反應(yīng)可逆；2.

只能采用一種電解質(zhì)溶液；3.

電池放電時(shí)固體產(chǎn)物難溶解于電解液中。?

鉛酸蓄電池的標(biāo)稱(chēng)電壓是2V，理論比能量是166.9Wh/kg，實(shí)際比能量為35～45Wh/kg。理論上1Ah的電量需要正極活性物質(zhì)PbO24.45g，負(fù)極活性物質(zhì)Pb3.87g，H2SO43.66g?

鉛酸蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.原料易得，價(jià)格相對(duì)低廉；2.高倍率放電性能良好；3.溫度性能良好,可在-40～＋60℃的環(huán)境下工作；4.適合于浮充使用,使用壽命長(zhǎng),無(wú)記憶效應(yīng)；5.廢舊電池容易回收,有利于保護(hù)環(huán)境。缺點(diǎn)：1.比能量低,一般為30～40Wh/kg；2.使用壽命不及Cd/Ni電池；3.制造過(guò)程容易污染環(huán)境,必須配備三廢處理設(shè)備。蓄電池的工作方式恒流充電：電流維持在恒定的定值充電。

恒壓充電：蓄電池端子間的電壓維持在恒定值的充電。

改進(jìn)的恒壓充電：用限流電流的恒壓電源充電的一種方式。

急充電：通常以高倍率、短時(shí)間進(jìn)行的一種部分充電。

均衡充電：用于確保蓄電池組中的的所有單體蓄電池完全充電的一種延續(xù)充電。

涓流充電：為補(bǔ)償自放電，使蓄電池保持在近似完全充電狀態(tài)的連續(xù)小電流充電。

兩階段充電：開(kāi)始以某一電流充電，并在一定預(yù)定后比較低的電流充電的一種充電方式。

初充電：使蓄電池完全達(dá)到充電狀態(tài)所進(jìn)行的初次充電。

緩沖蓄電池：為減小電源功率波動(dòng)而與直流電源并聯(lián)的蓄電池。

浮充蓄電池：當(dāng)正常供電中斷時(shí)給電路供電的蓄電池，其端子始終接在恒壓電源上，以維持蓄電池處于接近完全充電狀態(tài)。?

鉛酸蓄電池的主要用途1.

啟動(dòng)用鉛酸蓄電池2.

固定型鉛酸蓄電池3.

蓄電池車(chē)用電池（牽引型鉛酸蓄電池）4.

便攜設(shè)備及其他設(shè)備用鉛酸蓄電池?

鉛酸蓄電池的發(fā)展趨勢(shì)1.

要求蓄電池是免維護(hù)型的，更便于使用；2.

進(jìn)一步提高電池的比能量；3.

進(jìn)一步提高電池的比功率；4.

進(jìn)一步提高電池的循環(huán)壽命。閥控密封鉛酸蓄電池Valve-regulatedlead-acid(VRLA)4.1.2鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)

蓄電池由3只或6只單格電池串聯(lián)而成，每只單格電池電壓約為2V，串聯(lián)成6V或12V。蓄電池主要由極板、隔板、電解液和外殼組成。?

極板極板是蓄電池的核心部分，極板分正、負(fù)極板兩種。極板由柵架和活性物質(zhì)組成。30

?

柵架

由鉛銻合金澆鑄而成。

銻可以提高機(jī)械強(qiáng)度和澆鑄性能。但是銻會(huì)加速氫的析出而加速電解液的消耗，引起蓄電池自放電和柵架腐爛，縮短蓄電池使用壽命。目前，多采用鉛—低銻合金柵架或鉛—鈣—錫—鋁合金柵架。

為降低蓄電池內(nèi)阻，改善

啟動(dòng)性能，現(xiàn)代汽車(chē)蓄電池采

用了放射型柵架。普通型放射型?

活性物質(zhì)正極板上的活性物質(zhì)為二氧化鉛（PbO2），深棕色。負(fù)極板上的活性物質(zhì)為海綿狀純鉛（Pb），深灰色。?

極板組為了增大蓄電池的容量，每個(gè)單格蓄電池都由多個(gè)正、負(fù)極板組成極板組。

注意：因?yàn)檎龢O板的強(qiáng)度較低，所以在單格電池中，負(fù)極板總比正極板多一片。每一片正極板都處于兩片負(fù)極板之間，保持其放電均勻，防止變形。極板組?

隔板

在正負(fù)極板間起絕緣作用，使電池結(jié)構(gòu)緊湊

。

1、隔板有許多微孔，可使電解液暢通無(wú)阻。

2、隔板一面平整，一面有溝槽，溝槽面對(duì)著正極板

，且與底部垂直，使充放電時(shí)，電解液能通過(guò)溝槽及時(shí)供

給正極板，當(dāng)正極板上的活性物質(zhì)PbO2脫落時(shí)能迅速通過(guò)

溝槽沉入容器底部。?

電解液

由純硫酸與蒸餾水按一定比例配置而成，加入每個(gè)單

格電池中。濃度范圍：1.05~1.30g/cm3

電解液應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，含雜質(zhì)會(huì)引起自放電和極板潰爛

，從而影響蓄電池壽命。?

外殼殼體用于盛裝電解液和極板組。外殼應(yīng)耐酸、耐熱、耐振動(dòng)沖擊。

外殼由橡膠外殼和聚丙烯塑料兩種，普遍采用的是塑料外殼，優(yōu)點(diǎn)是殼壁薄、質(zhì)量輕、易于熱封合、生產(chǎn)效率高等。

外殼為整體式結(jié)構(gòu)，殼內(nèi)間壁分成3個(gè)或6個(gè)互不相通的單格。蓄電池單格電池之間均用鉛質(zhì)聯(lián)條串聯(lián)。

每個(gè)單格電池設(shè)有一個(gè)液孔，可以加注電解液或檢測(cè)電解液密度?？咨w上設(shè)有通氣孔，便于排出蓄電池內(nèi)部氣體，防止外殼漲裂，發(fā)生事故。殼體的底部有凸起的筋，用來(lái)支撐極板組，并使極板上脫落下來(lái)的活性物質(zhì)落入凹槽中，防止極板短路。4.2鉛酸蓄電池的熱力學(xué)基礎(chǔ)4.2.1

電池反應(yīng)、電動(dòng)勢(shì)及電極電勢(shì)?

雙極硫酸鹽化理論P(yáng)b+PbO2+2H2SO4

→2PbSO4+2H2O放電：H2SO4濃度下降，正極上的PbSO4增加，內(nèi)阻增大，電解液密度下降。充電：電解液密度增加，內(nèi)阻減小，電池電壓升高，充電后期由于水的電解，將有大量氣泡產(chǎn)生。HSO4-

→H+

+SO42-K2

=1.2×10-2?

電極反應(yīng)電解液中存在的離子大部分是H+和HSO4-

。=-0.300V負(fù)極反應(yīng)：Pb+

HSO4--2e

→

PbSO4+H+正極反應(yīng)：

PbO2+3H++

HSO4-+2e

→

PbSO4+2H2O

=1.655VE=?Θ(PbO2/PbSO4)

??Θ(PbSO4/Pb)+RT

a(H2SO4)

ln

F

a(H2O)?電動(dòng)勢(shì)1.

鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)只與酸的濃度有關(guān)，與蓄電池中含有的鉛、二氧化鉛或硫酸鉛的量無(wú)關(guān)；2.

正負(fù)極的穩(wěn)定電勢(shì)接近于它們的平衡電極電勢(shì)，故電池的開(kāi)路電壓與電池的電動(dòng)勢(shì)接近。?鉛酸蓄電池正常工作的條件

1.

電極反應(yīng)可逆；

2.

氫氣和氧氣在電極上具有較高的過(guò)電位才有

可能使電池正常充放電；

3.

放電產(chǎn)物PbSO4在H2SO4水溶液中的溶解度較低。4.3板柵板柵占蓄電池總質(zhì)量的20%~30%，作用有２個(gè)：①活性物質(zhì)的載體，在蓄電池制造過(guò)程中，鉛膏就涂覆在它上面，活性物質(zhì)靠板柵來(lái)保持和支撐；②集流體，它擔(dān)負(fù)著蓄電池在充放電過(guò)程中電流的傳導(dǎo)、集散作用并使電流分布均勻。導(dǎo)電能力高于活性物質(zhì)，電流總是在導(dǎo)電板柵附近并與電解液充分接觸的那部分活性物質(zhì)上優(yōu)先通過(guò)。導(dǎo)電性良好的板柵材料，可使電流沿筋條均勻分布于活性物質(zhì)上，從而提高活性物質(zhì)利用率。充放電后兩極的密度發(fā)生變化，板柵體積發(fā)生膨脹和收縮，要求板柵具有足夠的強(qiáng)度。目前使用最廣泛有Pb-Sb合金和Pb-Ca合金。（１）Pb-Sb板柵合金：分為高銻（銻含量4%～12%）和低銻合金(0.75％～3％)。高銻合金具有良好的澆鑄和深循環(huán)性能，易引起負(fù)極銻中毒現(xiàn)象；低銻合金澆鑄性能、機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性有所下降，銻中毒現(xiàn)象降低。抗拉強(qiáng)度、延展性、硬度及晶粒細(xì)化作用明顯優(yōu)于純鉛極板；其熔點(diǎn)和收縮率低于純鉛，具有優(yōu)良的鑄造性能；比純鉛具有更低的膨脹系數(shù)，在充電循環(huán)使用期間，板柵不易變形；能有效改善板柵與活性物質(zhì)之間的黏附性，增強(qiáng)板柵與活性物質(zhì)之間的結(jié)合力，抑制早期容量損失；銻是二氧化鉛成核的催化劑，阻止了活質(zhì)晶粒的長(zhǎng)大，使活性物質(zhì)不易脫落，提高了電池的容量和壽命。銻在充電時(shí)會(huì)從正極板上溶解，沉積到負(fù)極活性物質(zhì)上，降低了H+的析氫過(guò)電勢(shì)，增加析氫量。部分銻吸附在正極上，降低了氧在正極析出的過(guò)電勢(shì)，水的分解電壓下降，充電時(shí)容易水解。過(guò)沖時(shí)伴有有毒氣體SbH3。（２）Pb-Ca板柵合金：免維護(hù)蓄電池最普遍使用的板柵材料。分為高鈣（w(Ca)＝0.09％～0.13％）、中（w(Ca)＝0.06％～0.09％）和低鈣（w(Ca)＜0.04％）。研究發(fā)展方向是低鈣高錫合金，改善合金的深循環(huán)能力。主要優(yōu)點(diǎn)：①析氫過(guò)電勢(shì)大，比Pb-Sb合金約高200mV，與純鉛相接近，抑制了電池的自放電和充電時(shí)負(fù)極的析氫，具有較好的免維護(hù)性能；②導(dǎo)電能力、低溫性能優(yōu)于Pb-Sb合金；③正極板柵中的鈣溶解后，不會(huì)在負(fù)極沉積,不會(huì)引起自放電加速和有毒氣體SbH3

的析出。缺點(diǎn)：①出現(xiàn)早期容量損失的問(wèn)題；②造成正極板柵的膨脹，活性物質(zhì)的脫落，進(jìn)而造成蓄電池內(nèi)部短路，使電池壽命提前終止；③腐蝕速率隨著鈣含量的增加而增加，因此人們都普遍降低正極板柵合金中Ca的含量來(lái)改善板柵的抗腐蝕性。為提高

Pb-Ca合金鑄造性能，并改善電池深循環(huán)能力，可在Pb-Ca合金中添加Sn，同時(shí)提高合金的抗腐蝕性，改善電池的循環(huán)壽命，減少腐蝕層中PbO的量。目前Pb-Ca合金系已發(fā)展為Pb-Ca-Sn-Al合金，具有較高的電子導(dǎo)電性，高的抗拉強(qiáng)度，良好的抗腐蝕性能，深放電恢復(fù)性能也較好。適用于正極板柵與負(fù)極板柵。/u/vw/23582787?

正極板柵的腐蝕?

正極板柵腐蝕的原因正極板柵中的Pb和其他成分如Sb處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)。正極板柵在遭受腐蝕時(shí)，由于生成腐蝕層，使板柵產(chǎn)生應(yīng)力，致使板柵線性長(zhǎng)大變形，使極板整體遭到破壞。鉛酸蓄電池的失效原因主要是因?yàn)檎龢O板的腐蝕

為了降低正極板的腐蝕，通常把正極板做的厚一些，一般都在3mm左右，而為了保證活性物質(zhì)的利用效率，負(fù)極板通常都較薄，2mm以下，為了保證容量一致，負(fù)極板要多一塊。PbO2+3H+

+HSO-+2e

?

PbSO4+2H2O

=1.655V?

活性物質(zhì)PbO24.4二氧化鉛電極液相反應(yīng)機(jī)理1.

氧化/還原反應(yīng)發(fā)生在電極與溶液的界面;2.

中間步驟是Pb2+的氧化還原反應(yīng)。?

充放電反應(yīng)機(jī)理：液相反應(yīng)機(jī)理；固相反應(yīng)機(jī)理；膠體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)機(jī)理固相反應(yīng)機(jī)理通過(guò)固相生成一系列中間氧化物，液相離子不參與反應(yīng)過(guò)程把活性物質(zhì)看做含不同比例的Pb4+，Pb2+及O2-離子的固體物質(zhì)?

PbO2的結(jié)晶變體及其特性更穩(wěn)定些；容量更高正方晶系β-PbO2

尺寸較大、顆粒較硬，在正極活性物質(zhì)中可以形成網(wǎng)絡(luò)或骨骼，使電極具有較長(zhǎng)的壽命;容量較低，易向β-PbO2轉(zhuǎn)化斜方晶系α-PbO2電化學(xué)活性形成條件結(jié)構(gòu)活性物質(zhì)PbO2：疏松的多孔體弱酸性及堿性溶液中，pH大約2～3

以上強(qiáng)酸性溶液中，pH在2~3以下正極物質(zhì)中同時(shí)含有α與β相PbO2，其容量取決于β-PbO2與α-PbO2的比率4.5鉛負(fù)極4.5.1鉛負(fù)極的反應(yīng)機(jī)理在常溫小電流放電時(shí)，電池的容量受正極的控制，因?yàn)檎龢O活性物質(zhì)的利用率低。但是在大電流放電時(shí)，特別是低溫大電流放電時(shí)，電池的容量轉(zhuǎn)為受負(fù)極控制，因?yàn)檫@時(shí)的負(fù)極活性物質(zhì)利用率反而比正極的低了，其原因是陽(yáng)極鈍化。溶解沉積機(jī)理：放電過(guò)程：負(fù)極的電極電勢(shì)超過(guò)Pb/PbSO4的平衡電極電勢(shì)時(shí)，Pb首先溶解為Pb2+

，遇到HSO4-和SO42-，發(fā)生PbSO4沉淀，形成PbSO4晶核，PbSO4的三維生長(zhǎng)。充電反應(yīng)過(guò)程是，PbSO4先溶解為Pb2+和SO42-，Pb2+

接受外電路電子被還原。Pb

→

Pb2++

2ePb2+

+

HSO4-→

PbSO4

+

H+主要在較低過(guò)電位下發(fā)生固相反應(yīng)機(jī)理放電反應(yīng)，當(dāng)放電電勢(shì)超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，達(dá)到固相成核過(guò)電勢(shì)時(shí)，發(fā)生固相反應(yīng)，SO42-與Pb表面碰撞直接成核，形成固態(tài)的PbSO4，隨后PbSO4層以二維或三維方式生長(zhǎng)，直到Pb表面上完全被PbSO4覆蓋，最后PbSO4層的生長(zhǎng)速度由Pb2+

通過(guò)PbSO4層的傳質(zhì)速度所決定。

與溶解沉積過(guò)程相比較，固相反應(yīng)過(guò)程主要發(fā)生在較高過(guò)電勢(shì)下4.5.2鉛負(fù)極的鈍化?鉛負(fù)極鈍化的原因：海綿狀鉛的表面上生成致密的硫酸鉛層，使電極表面與硫酸鉛隔離開(kāi)來(lái)影響因素：1、放電電流大；2、硫酸濃度大；3、放電溫度低4.5.3

鉛負(fù)極活性物質(zhì)的收縮與添加劑?無(wú)機(jī)類(lèi)添加劑：炭黑、BaSO4?有機(jī)類(lèi)添加劑：木屑、木素、腐殖酸未經(jīng)循環(huán)的負(fù)極海綿狀鉛具有較大的真實(shí)表面積(0.5~0.8m2/g)，且其孔隙率較高（約為50%），處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，在循環(huán)過(guò)程中，特別是在充電過(guò)程中，存在收縮其表面的趨勢(shì)。當(dāng)負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生收縮時(shí)，其真實(shí)表面積將大大減小，因而大大降低了負(fù)極板的容量。防止這種收縮的辦法是采用負(fù)極添加劑。添加劑的一個(gè)功能是阻止負(fù)極活性物質(zhì)收縮；另一個(gè)功能是去極化作用。?

BaSO4的作用機(jī)理1.

BaSO4與PbSO4的晶格參數(shù)非常接近;

BaSO4在負(fù)極中高度分散。2.

放電時(shí)：BaSO4是PbSO4的結(jié)晶中心,

降低

PbSO4結(jié)晶時(shí)的過(guò)飽和度、使生成的PbSO4覆蓋金屬鉛的可能性減小→推遲負(fù)極的鈍化。3.

充電時(shí)：使生成的海綿狀鉛具有高度的分散性→防止其收縮。?

有機(jī)添加劑的作用機(jī)理1、吸附在活性物質(zhì)上，降低電極/溶液界面的自由能→阻止海綿狀鉛表面的收縮。2、吸附在鉛上，增加PbSO4

在鉛上的結(jié)晶中心生成能，使PbSO4晶核形成速度減慢→推遲負(fù)極的鈍化。3、有機(jī)添加劑的選擇得當(dāng)。若吸附在PbSO4上，PbSO4晶體長(zhǎng)大困難了，會(huì)在尚未吸附添加劑的Pb表面生成新的晶種，降低Pb電極的工作面積，鈍化加劇。4.5.4鉛負(fù)極的自放電

鉛酸蓄電池的自放電速度是由負(fù)極決定的，因?yàn)樨?fù)極自放電速度較正極快。電池的自放電隨使用板柵合金的不同而不同，并隨酸濃度的提高和溫度增加而增加。通常表示鉛酸電池自放電性能指標(biāo)的是荷電保持能力，即用自放電后的剩余容量來(lái)表示。

鉛酸蓄電池在開(kāi)路狀態(tài)下，鉛在硫酸溶液中的自溶解，導(dǎo)致電池的自放電，相應(yīng)的反應(yīng)為：硫酸活度增加，負(fù)極自放電速度是增加的；a數(shù)值的大小表示氫析出過(guò)電勢(shì)的大小，a值下降時(shí)腐蝕速度增加。所以一切低氫過(guò)電勢(shì)的金屬雜質(zhì)都會(huì)使負(fù)極自放電速度增加。氫過(guò)電勢(shì)愈低的金屬雜質(zhì)，它對(duì)負(fù)極的害處就愈大。正極板柵合金組分向負(fù)極的遷移是金屬雜質(zhì)進(jìn)入負(fù)極表面的主要來(lái)源。正極板柵發(fā)生腐蝕，生成遷移的離子進(jìn)入負(fù)極，在負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。4.5.5

鉛負(fù)極的不可逆硫酸鹽化—使用維護(hù)不當(dāng)造成–

活性物質(zhì)在一定條件下生成堅(jiān)硬而粗大的PbSO4，它不同于正常放電時(shí)生成的PbSO4，幾乎不溶解。因此在充電時(shí)不能轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)，造成電池容量減小–

常常是在電池組長(zhǎng)期充電不足或過(guò)放電狀態(tài)下長(zhǎng)期儲(chǔ)存形成的–

硫酸鹽化的根本原因一般認(rèn)為是PbSO4的重結(jié)晶–

防止措施：及時(shí)充電和不要過(guò)放電–

發(fā)生硫酸鹽化后的處理方法：將電解液的濃度調(diào)低(或用水代替H2SO4)，用比正常充電電流小很多的電流進(jìn)行充電，然后放電，再充電……，反復(fù)數(shù)次，達(dá)到恢復(fù)電池容量的目的。http:///show/B4Tifm4LOyfBVaao.html動(dòng)力電池經(jīng)常處于高倍率部分荷電狀態(tài)，電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的較快，HSO4-的擴(kuò)散速度趕不上消耗的速度，極板內(nèi)部嚴(yán)重的濃差極化，電極內(nèi)部反應(yīng)停止；且鉛的成核速度大于生長(zhǎng)速度，形成微小結(jié)晶又比較致密的PbSO4層，使負(fù)極易發(fā)生硫酸鉛積累。4.5.6高倍率部分荷電狀態(tài)下鉛負(fù)極的硫酸鉛積累4.6鉛酸蓄電池的電性能4.6.1

鉛酸蓄電池的電壓與充放電特性放電電流越大，放電電壓越不平穩(wěn)。極化主要來(lái)源于濃差極化鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)約為2V，其值的實(shí)際大小主要由所用硫酸的濃度和工作溫度決定，即：開(kāi)路電壓是指外電路沒(méi)有電流通過(guò)時(shí)，電池兩極之間的電勢(shì)差。實(shí)際生產(chǎn)中總結(jié)的計(jì)算開(kāi)路電壓的經(jīng)驗(yàn)公式為：電池的工作電壓也稱(chēng)為放電電壓和端電壓。電池的工作電壓的表達(dá)式為4.6.2鉛酸蓄電池的容量及其影響因素?電池容量主要取決于活性物質(zhì)的數(shù)量及其利用率?活性物質(zhì)的利用率與放電制度、電極和電池的結(jié)構(gòu)、制造工藝等有關(guān)1.

電極結(jié)構(gòu)a.

極板厚度——越薄越好。b.

孔徑大小——孔徑太小，利用率低。（PbSO4堵塞孔徑）c.

極距——要適當(dāng)，太近，HSO4－不足，太遠(yuǎn)，內(nèi)阻大。2.

放電制度a.

放電電流小好，大電流放電易造成極化。b.

溫度：溫度增加有利于電解質(zhì)擴(kuò)散。c.

終止電壓：放電電流大時(shí)，終止電壓可低些，放電電流小時(shí)，可高些。3.

電解液的濃度：

一般說(shuō)來(lái)，在相同條件下，濃度提高，擴(kuò)散加快，可減少極化。但若過(guò)高，粘度增大，反而不利，且會(huì)腐蝕板柵。

4.

增大極板面積和片數(shù)，可以增大容量。采用薄型極板、增加極板的片數(shù)，可以在不增大蓄電池體積的情況下，提高蓄電池的容量。4.6.3

鉛酸蓄電池的失效模式與循環(huán)壽命?

失效模式1、正極板柵的腐蝕與長(zhǎng)大2、正極活性物質(zhì)的軟化、脫落3、負(fù)極的不可逆硫酸鹽化4、早期容量損失(低銻和鉛鈣合金是，正極板柵和活性物質(zhì)界面的導(dǎo)電性差而發(fā)生的容量損失)5、熱失控(VRLA失效主要模式，充電電壓高，電流增大，產(chǎn)生熱能使電解液溫度升高，內(nèi)阻降低，引發(fā)充電電流繼續(xù)增大)4.6.4

鉛酸蓄電池的充電接受能力充電接受能力一般是指電池沖入的容量占前次放出容量（100%放電）的百分?jǐn)?shù)，是鉛酸電池的一個(gè)重要指標(biāo)。通常情況下，充電接受能力主要取決于負(fù)極，尤其是在低溫條件下。原因：有機(jī)膨脹劑是吸附在活性物質(zhì)Pb和PbSO4上的，阻止了PbSO4晶體的溶解，而使負(fù)極的充電接受能力降低。實(shí)踐表明膨脹劑對(duì)放電容量越有利，其充電接收能力就差。

根據(jù)溶解沉淀機(jī)理，負(fù)極充電反應(yīng)所需的Pb2+是由PbSO4溶解提供的，在低溫條件下PbSO4的溶解度降低，Pb2+濃度降低，意味著極限電流密度下降，而且低溫下PbSO4溶解速率也下降。電極反應(yīng)消耗掉Pb2+不容易被及時(shí)補(bǔ)充，進(jìn)一步限制了極限電流值，影響了充電接受能力。4.8鉛酸蓄電池制造工藝

涂膏淋酸、壓板

表面干燥正極板柵澆鑄

極板固化極板化成電池裝配鉛粉制備和膏負(fù)極板柵澆鑄?

板柵制造?

板柵的作用1、導(dǎo)電性能好，且具有一定強(qiáng)度2、耐腐蝕3、極板材料的澆鑄性好，膨脹系數(shù)小，保證制成的板柵與模具的尺寸一致1、支撐電極活性物質(zhì)2、導(dǎo)電3、使電流分布均勻?

對(duì)板柵的要求Sb熔化合金熔化鑄板柵脫模劑水玻璃

水

Pb修整板柵

?

板柵制造工藝

板柵通常做成有橫豎筋條的空格體。筋條的截面做成

三角形或菱形，以容納活性物質(zhì)和增加極板的強(qiáng)度。Pb－Sb合金：先配置高Sb合金，后添加Pb至需要成分。

Pb－Ca－Sn－Al合金：純鉛熔化，后加Sn，再加Ca-Al合金軟木粉/ProductList.asp?sortid=32鉛錠熔化鑄成鉛球球磨鉛粉

?

鉛粉制造

鉛粉是指含有一定氧化度的鉛的粉末，它是制造極板活性物質(zhì)的主要原料。

?

鉛粉生產(chǎn)流程

鉛粉的形成是把鉛球置于風(fēng)選式球磨機(jī)中，由于球磨

機(jī)的滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，使鉛球的表面摩擦，并在一定的溫度和

濕度作用下，使鉛的表面氧化，該氧化物又在摩擦、沖擊

和風(fēng)力的作用下脫落，并在不斷滾動(dòng)的過(guò)程中被磨細(xì)得到

鉛粉。鉛粉機(jī)?

如何分辨鉛粉質(zhì)量通常要看鉛粉的氧化度，視密度，分散度，吸水率和鉛粉的結(jié)構(gòu)。

氧化度：指鉛粉中PbO含量的百分?jǐn)?shù)。一般說(shuō)來(lái)，氧化度高，能增加電池的初期容量。但若過(guò)高，負(fù)極在干燥時(shí)，由于體積收縮較大，而產(chǎn)生裂紋，會(huì)影響電池的壽命，故一般控制在65～80%。

視密度：鉛粉自然堆集起來(lái)的表觀密度。它是鉛粉顆粒組成、粗細(xì)和氧化度的綜合指標(biāo)。一般控制在1.65～2.1g/cm3。

吸水率：一定質(zhì)量的鉛粉吸水量的大小，用百分率表示，表示在和膏過(guò)程中鉛粉吸水能力的大小。?

生極板的制造生極板的制造工藝流程：配制鉛膏涂板浸酸干燥生板

1.

鉛膏制備合膏機(jī)?

進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)：PbO

+

H2O

→

Pb(OH)2鉛粉加水1/2O2

+

Pb

→

PbO氧化

鉛膏主要為氧化鉛、三堿式硫酸鉛、四堿式硫酸鉛，顯堿性繼續(xù)加酸65℃PbO·PbSO4+3PbO+

H2O

→4PbO·PbSO4·H2O75℃加酸Pb(OH)2

+

H2SO4

→

PbSO4

+H2O?

影響鉛膏質(zhì)量的主要因素：a.

配方的合理化（酸量、酸比重）

硫酸比重及用量對(duì)和膏質(zhì)量的影響b.

溫度溫度過(guò)高，易生成四堿式硫酸鉛；溫度過(guò)低，易生成三堿式硫酸鉛。一般控制在10～40℃。圖3-2.

鉛膏比重和容量、壽命的關(guān)系示意圖

A、B為正負(fù)極容量；C、D為正負(fù)極壽命d.

攪拌均勻c.

鉛膏的視密度2.

涂板和浸酸a.

涂板就是把和好的鉛膏涂在板柵上。有手工和機(jī)械兩種方法。要求：（1）要涂實(shí)，涂平，使鉛膏和板柵接觸良好；（2）所涂鉛膏的重量要達(dá)到要求。

b.

浸酸就是把涂好的板在硫酸中浸沒(méi)一個(gè)很短的時(shí)間。

生極板可視為多孔毛細(xì)管，在極板表面和內(nèi)部的濕度，便產(chǎn)生了一個(gè)濕度梯度。由于濕度不同，干燥時(shí)收縮過(guò)程不一樣，就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，使極板發(fā)生裂紋。浸酸能使極板表面生成一層PbSO4，改善極板表面機(jī)械強(qiáng)度，從而防止生極板在干燥過(guò)程中出現(xiàn)裂紋。涂板機(jī)3.

生極板的干燥生極板干燥的目的：（1）

使水分蒸發(fā)，同時(shí)提高氧化度；（2）

使極板固化，防止鉛膏脫落。干燥方法：（1）把極板掛在架子上，放入干燥室，控制溫度和濕度。（2）將極板掛在鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)帶上，使其通過(guò)有多段不同溫度和相對(duì)濕度的隧道或干燥室中干燥，該方式效率較高。（1）極板表面自由水分蒸發(fā)

（2）極板內(nèi)部的水分逐漸溢出（3）極板的濕度降低，干燥速度逐漸下降一般第二階段為主干燥階段，易產(chǎn)生收縮，裂紋，故要控制干燥速度。干燥過(guò)程大致可分為三個(gè)階段：圖3-3：生極板干燥過(guò)程示意圖固化效果鉛膏中殘余的鉛繼續(xù)氧化成氧化鉛，使鉛含量正極小于2%，負(fù)極少于5%鉛膏繼續(xù)進(jìn)行堿式硫酸鉛的結(jié)晶過(guò)程，60℃以下為3BS，80℃以上為4BS板柵表面生成氧化鉛的腐蝕膜，增強(qiáng)板柵與活性物質(zhì)的結(jié)合最后使極板脫水，鉛膏硬化，形成多孔電極。固化工藝分為兩段，第一段控制溫度、高濕度和時(shí)間，保證固化的前3個(gè)過(guò)程順利進(jìn)行、第二段控制溫度和時(shí)間，使極板脫掉水分。?

極板化成

用通入直流電的方法使正極板上的活性物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)氧化（生成PbO2），同時(shí)負(fù)極板上的活性物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)還原（生成海綿狀鉛），這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為化成。

正極：PbO、

3PbO·PbSO4

→PbO2

負(fù)極：PbO、

3PbO·PbSO4

→Pb裝槽調(diào)比重靜置充電沖洗干燥化成后的極板稱(chēng)為熟極板?；傻墓ば?yàn)椋夯砷g充放電柜ALN系列電池化成流水線1.

化成反應(yīng)當(dāng)把生板裝槽后，并放置一定的時(shí)間，使鉛膏中的堿性氧化物與硫酸充分反應(yīng)。a.

中和反應(yīng)PbO+H2SO4

→PbSO4

+H2O3PbOPbSO4

+3H2SO4

→4PbSO4

+3H2O當(dāng)接通電源后，在電極上的充電反應(yīng)為：3PbO

PbSO4

+5H2O-8e→4α-PbO2

+10H+

+SO42-正極:

PbO+H2O-2e→α-PbO2

+2H+b.

電化學(xué)反應(yīng)

一般情況下，都是生成

β-PbO2

，只有在極板的深處，才生成

α-PbO2

。這與化成條件有關(guān)，通常，硫酸濃度高，溶液酸性強(qiáng)，生成

β-PbO2

。3PbO

PbSO4

+

6H+

+

8e

→

4Pb

+

SO42-+4H2OPbSO4

+

2e

→

Pb

+

SO42-負(fù)極:

PbO

+

2H+

+2e

→

Pb

+

H2O正極：

2H2O

→

O2

+4H

+

+4e負(fù)極：4H

++4e→2H2

此反應(yīng)越少越好，它不僅浪費(fèi)電能，且?guī)С龃罅克犰F。在化成的過(guò)程中，特別是在化成的后期，有大量氣體產(chǎn)生A：PbOB：PbSO4

以負(fù)極為例，化成時(shí)各物質(zhì)的變化情況如下：

由于生極板