蓄電池的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

蓄電池的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢第一頁，共十八頁，2022年，8月28日第一章蓄電池的現(xiàn)狀第一節(jié)蓄電池的作用第二節(jié)蓄電池的基本結構第三節(jié)蓄電池的類型第四節(jié)蓄電池的型號第五節(jié)蓄電池電動勢的建立

第二頁，共十八頁，2022年，8月28日

第一節(jié)蓄電池的作用

1.在起動發(fā)動機時，向起動機提供強大的起動電流，同時給點火系統(tǒng)、電子燃油噴射系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)等用電設備供電。2.當發(fā)電機不發(fā)電或發(fā)動機低怠速時，向交流發(fā)電機磁場繞組、點火系統(tǒng)以及其他用電設備供電。3.當發(fā)電機正常供電時，將發(fā)電機剩余電能轉換為化學能儲存起來。4.當發(fā)電機過載時，協(xié)助發(fā)電機向用電系統(tǒng)供電。5.穩(wěn)定電源電壓、保護電子設備。第三頁，共十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)蓄電池的基本結構蓄電池主要由極板、隔板、殼體、聯(lián)條、電解液、極樁等組成。額定電壓12V的蓄電池由6個單格串聯(lián)而成，每個單格電池的電壓為2V。蓄電池的基本結構第四頁，共十八頁，2022年，8月28日1．極板蓄電池的充放電過程是由極板上的活性物質(zhì)與電解液的電化學反應來實現(xiàn)的。極板分正極板和負極板兩種。極板由柵架及鉛膏涂料組成。充足電的情況下正極板上的活性物質(zhì)為二氧化鉛(Pb02)，呈深褐色；負極板上的活性物質(zhì)為海綿狀純鉛（Pb），呈青灰色。一片正極板和一片負極板浸入電解液中，可得到2V右右的電動勢。為增大蓄電池容量，常將多片正、負極板分別并聯(lián)組成正、負極板組。正極板的強度較低，所以在單格電池中，負極板總片數(shù)比正極板多一片，從而使每一片正極板都處于兩片負極板之間，保持其放電均勻，且防止變形。為了增大容量，常將多片正負極板并聯(lián)。組成正負極板組。極板組第五頁，共十八頁，2022年，8月28日3.電解液電解液由蒸餾水和15℃時相對密度為（1.83~1.84）1.84g／cm3的化學純硫酸按一定比例配制而成。電解液視廠家要求與當?shù)刈畹蜌鉁卮_定，一般為（1.24~1.30）g／cm3。工業(yè)硫酸和普通水中含銅、鐵等雜質(zhì)較多，會加速蓄電池自放電，不能用于蓄電池。

2.隔板隔板的作用是將正、負極板隔離，防止兩極板短路。隔板常用的材料有木質(zhì)、微孔橡膠和微孔塑料等。微孔塑料隔板孔徑小、孔率高、薄而軟、生產(chǎn)效率高、成本低，目前被廣泛采用。隔板的結構特點是一面平整，一面有溝槽。正極板在充、放電過程中的化學反應比較劇烈，溝槽面應對著正極板，且與底部垂直。第六頁，共十八頁，2022年，8月28日4.外殼蓄電池外殼由電池槽和電池蓋組成。其功用是盛裝電解液和極板組。

電池槽由隔壁分成6個互不相通的單格，底部制有凸起的筋條，用于放置極板組。每個單格都有一個加液孔，用于加注電解液或檢測電解液密度。加液孔用螺塞或蓋板密封，防止電解液外溢。在加液孔蓋上設有通氣孔，以便排出化學反應所放出的氣體。該通氣孔在使用中應保持暢通，以防止外殼膨脹或發(fā)生事故。5.聯(lián)條蓄電池各單格電池之間用聯(lián)條串聯(lián)連接。聯(lián)條用鉛-銻合金制成，有外露式、跨接式和對焊式。第七頁，共十八頁，2022年，8月28日6．接線柱蓄電池首、尾兩極板組的橫板上焊有接線柱，接線柱的形狀有圓錐式、L形和側置式3種。接線柱分為正接線柱和負接線柱。為了便于區(qū)分，正接線柱通常做成直徑較粗，且用“+”或符號“P”表示，表面常涂紅色油漆；負接線柱通常做成直徑較細，且用“-”或符號“N”表示，表面可涂成藍色或不綠色。蓄電池接線柱外形第八頁，共十八頁，2022年，8月28日第三節(jié)蓄電池的類型蓄電池可分為堿性蓄電池和酸性蓄電池兩大類。汽車上一般采用鉛酸蓄電池，車用鉛酸蓄電池可分為普通型、干荷電蓄電池、濕荷電蓄電池、少維護蓄電池和免維護蓄電池五種。

1.干荷電蓄電池干荷電蓄電池全稱為干式荷電鉛酸蓄電池，其極板在完全干燥狀態(tài)下能夠長期(一般為2年)保存其在化學過程中所得到電量，在規(guī)定的保存期內(nèi)，如需使用，只需加注符合規(guī)定密度的電解液，靜置30min即可使用，不需進行初充電，是應急的理想電源。

2.濕荷電蓄電池濕荷電蓄電池全稱為濕式荷電鉛酸蓄電池，其極板在濕潤狀態(tài)下能較長時間保存在制造過程中所得的電荷。第九頁，共十八頁，2022年，8月28日3.免維護蓄電池免維護蓄電池是現(xiàn)代汽車廣泛使用的一種新型蓄電池，其含義是：在汽車合理使用時，無需對蓄電池進行如加注蒸餾水、檢查電解液面高度、檢查電解液密度等內(nèi)容的維護作業(yè)。（1）免維護蓄電池結構的特點①采用鉛鈣合金或低銻合金制作極板柵架，加強了柵架的支撐強度，自放電現(xiàn)象大大減少。②采用袋式聚氯乙烯隔板，延長了補充充電間隔期限。③采用了新型安全通氣裝置和氣體收集器。④內(nèi)裝電解液相對密度計，通過相對密度計可判斷出電解液的技術狀況。如果相對密度計頂部的圓點呈綠色，說明蓄電池荷電充足；如果圓點模糊或呈淺綠色，說明蓄電池存電不足；如果圓點呈淺黃色，說明液面過低。（2）免維護蓄電池的優(yōu)點。①使用過程不需要加注蒸餾水。②自放電少，可存儲2年以上。③耐過充電性能好，在相同充電電壓和溫度下，過充電電流小。④使用壽命長，一般可用4年左右，為普通蓄電池的2倍多。⑤具有較高的冷啟動放電率。

第十頁，共十八頁，2022年，8月28日第四節(jié)蓄電池的型號1.國家標準。蓄電池的型號由三部分組成，各部分之間用破折號分開蓄電池型號內(nèi)容及排列蓄電池型號含義用大寫的漢語拼音字母表示如：G--高起動率D--低溫性能好S--塑料槽蓄電池20h率放電率的額定容量，單位為A·h，單位略去不寫。用大寫的漢語拼音字母表示如：A--干荷電鉛蓄電池H--濕荷電鉛蓄電池W--免維護鉛蓄電池B--薄型極板無字母--普通鉛蓄電池用大寫的漢語拼音字母表示如：Q--起動用鉛蓄電池N--內(nèi)燃機車用蓄電池M--摩托車用蓄電池用阿拉伯數(shù)字表示蓄電池的特殊性能蓄電池的額定容量蓄電池的特征蓄電池的類型串聯(lián)的單格電池數(shù)第三部分第二部分第一部分第十一頁，共十八頁，2022年，8月28日1、日本標準：（以電池型號95D31L為例）95--性能等級D--寬和高的區(qū)別31--電池長度L--端子位置2、德國標準：（以電池型號6-QW-54為例）6--12V蓄電池QW--起動免維護型54--額定容量3、美國標準：（以電池型號58—430為例）58--蓄電池尺寸組-430---18℃冷啟動電流4、法國標準：（以電池型號L2-300為例）L2--蓄電池尺寸組-300---18℃冷啟動電流2.國外標準第十二頁，共十八頁，2022年，8月28日第五節(jié)蓄電池電動勢的建立正極板：PbO2溶于電解液PbO2+2H2O→Pb(OH)4Pb(OH)4→Pb4++4OH-OH-留在電解液中，Pb4+沉附在正極板表面,使正極板有+2.0V

負極板：鉛溶于電解液中，失電子生成Pb2+Pb—2e→Pb2+電子留在負極板上，使負極板具有負電位，為-0.1V。在外電路未接通時，反應達到動態(tài)平衡時，靜止電動勢為：E=2.0－(－0.1)=2.1V第十三頁，共十八頁，2022年，8月28日第二章蓄電池的發(fā)展趨勢第一節(jié)下一代純電動汽車動力蓄電池的主要目標第二節(jié)《規(guī)劃》的兩個重要研究方向第三節(jié)新型和新體系（下一代）鋰離子蓄電池第十四頁，共十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)下一代純電動汽車動力蓄電池的主要目標

面向下一代純電動汽車動力蓄電池的主要目標是：新型能量型鋰離子蓄電池單體電池能量密度250Wh/kg，新體系能量型單體電池能量密度500Wh/kg，功率型鋰離子蓄電池單體電池功率密度5000W/kg的要求。提出了動力蓄電池2015、2020年主要性能（能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、戚本等指標）（見表1）第十五頁，共十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)《規(guī)劃》的兩個重要研究方向《電動汽車科技發(fā)展“十二五”規(guī)劃》簡稱《規(guī)劃》1．在現(xiàn)有鋰離子蓄電池基礎上改進提高，重點研究“鎳基氧化物、層狀錳系和釩系、硅酸鹽系正極以及高電位型聚陰離子系及其氟化物系正極；高容量錫基、硅基等合金系負極材料。2．采用下一代新體系動力蓄電池，重點研究金屬空氣電池(鋰、鋁、鋅空氣電池)、多電子反應蓄電池和自由基聚合物蓄電池等，實現(xiàn)能量型單體電池能量密度400Wh/kg以上，循環(huán)壽命達300次以上；功率型單體電池功率密度5000W/kg以上，能量密度達50Wh/kg以上，循環(huán)壽命達1000次以上。第十六頁，共十八頁，2022年，8月28日第三節(jié)新型和新體系（下一代）鋰離子蓄電池為了大幅提高徨離子蓄電池的能量密度和功率密度，必須研究開發(fā)新的蓄電池正、負極材料。新型鋰離子蓄電池(1)硅(Si)基合金負極材料(2)錫(Sn)基合金負極材料（3)鈦酸鋰(Li4T5O12)美國阿爾泰(Altairnano)技術公司，利用鈦酸鋰納米晶體作為負極，研制出一種快速充放電的新型鋰離子蓄電池，充放電次數(shù)最高達2萬次，快速充滿電只需5min中信國安盟固利動力科技有限公司已經(jīng)開發(fā)出了以鈦酸鋰為負極的儲能型鋰離子蓄電池。(4)高比容量新型正極材料下一代（新體系）蓄電池——金屬空氣電池1.鋅空