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摘要：随着科学技术的进步和发展，铅酸蓄电池产品的相关技术和产业也在经历着不断的进步和升级，一些过去相对落后的性能指标由于新技术、新工艺的应用而持续得到改进。本文主要介绍近年来我国铅酸蓄电池的最新技术发展。
关键词：铅酸蓄电池、铅碳蓄电池、纯铅需电池、卷绕式铅酸蓄电池
中图分类号：TM911 文献标识码：
铅酸蓄电池自1859年由普兰特（Plante）发明以来，至今已有150年的历史，技术十分成熟，是世界上使用最广泛的化学电源。尽管近年来镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等新型电池相继问世并得以应用，但铅酸蓄电池仍然凭借大电流放电性能强、电压特性平稳、温度适用范围广、单体电池容量大、安全性高和原材料丰富且可再生利用、价格低廉等一系列优势，随着中国汽车工业、通信电力、铁路交通、信息产业等基础产业以及新能源产业的高速发展，铅酸蓄电池的需求量大幅度增长，仍然占据着牢固的地位。
近年来，铅酸电池在竞争中发展了许多新技术，如三维及双三维结构电极和全密封式、管式、水平式等新结构；使用新的铅合金电极，促进比能量逐渐提高，延长使用寿命。通过不断的技术革新，铅酸电池将焕发出新的生机。本文主要介绍我国近年来铅酸蓄电池几种新技术的特点和发展。
1铅碳蓄电池
位于美国宾夕法尼亚州的Axion Power公司研发了一种基于铅碳技术的新型蓄电池[1]，也就是铅碳电池，就是将高比表面碳材料（如活性碳、活性碳纤维、碳气凝胶或碳纳米管等）掺入铅负极中，发挥高比表面碳材料的高导电性和对铅基活性物质的分散性，提高铅活性物质的利用率，并能抑制硫酸铅结晶的长大。铅碳电池是铅酸蓄电池和超级电容器的混合物，是将非对称超级电容器与铅酸电池采用内并联方式结合的一种既具有电容特性又具有电池特性的双功能储能电池，可以认为它是另一类的超级电池。
从铅碳电池的特点来看，其性能远远优于传统的铅酸蓄电池，主要优点有[2]：○1将具有双电层电容特性的炭材料（C）与海绵铅（Pb）负极进行合并制作成既有电容特性又有电池特性的Lead-carbon双功能复合电极，Lead-carbon复合电极再与PbO2正极匹配组装成Lead-carbon电池。○2正负极铅膏采用独特的配方和优化的固化工艺。正极活性物质抗软化能力强，深循环寿命好，活性物质利用率高；负极铅膏抗硫化能力强，容量衰减率低，低温启动性能好。○3正极板栅采用新型特制合金和合理的结构设计，抗腐蚀性能好，电流分布合理，与活性物质结合紧密，大电流性能和充电接受能力强；○4采用新型电解液添加剂，电池的析氢、析氧过电位高，电池不易失水。
铅碳电池具有与传统铅酸电池相近的低廉价格优势及成熟的工业制造基础，在各种应用领域有着极强的竞争力优势。铅碳电池可应用于新能源车辆中，如：混合动力汽车、电动自行车等领域；也可用于新能源储能领域，如风光发电储能等。目前，Axion Power公司采用
铅酸/碳（PbC）化学材料的混合型电池专利技术制造出的先进储能系统—PowerCube？电池储能系统，已经被應用于美国电网运营商PJM公司的调频市场领域；东宾公司生产的铅炭电池在美国已经上路，得到了美国政府的大力支持；国内相关的大型电池制造企业如南都电源等，也对该类型电池进行了研制，已有部分产品在新能源汽车、光伏风光储能系统等领域进行试点使用。
2 纯铅蓄电池
纯铅电池最早由美国 GATE 公司研发成功[3]，最初为圆柱形（CYCLON）， 后来由于用户系统容量的需要，通过特殊的工艺和设备，生产出板式纯铅电池（PLATE）。通过多年来的不断研发、改进，从电池的电化学性能、结构设计、电池材料（包括外壳材料）、制造工艺及控制都体现了铅酸电池的最高水平。
该技术是用自动化的压铸机器系统将纯铅碾压成铅带，冲压成正负板栅带。经连续涂板、切板、快速干燥、叠板、固化、COS铸焊和包板成极组群。极组群入壳后、穿壁焊接、热封电池盖、密封极柱、真空加酸。电池在冷水槽中化成，流水线末端进行测试、冲洗、干燥、出货。基于环保的考虑，电流使用内化成技术。纯铅薄极板电池将活性物质利用率提高到了一个较高的水平。与浇铸的铅锡钙合金厚板栅相比，电池重量得到较大的降低，在提高电池重量比能量和浮充寿命的同时，具有更加的高效率、高性能。
与传统电池相比，纯铅薄极板技术（TPPL）的主要技术优势如下：○1利用高纯铅作为板栅，大大提高了电极析氢过电位，防止电池在充电过程中的失水；同时，纯铅板栅也比普通合金更耐腐蚀，从而保证了电池较长的使用寿命。○2采用超薄极板，相比普通铅酸电池3.2～3.4mm 厚度的极板，电池极板厚度在0.6～1.3mm，大大提高了极板反应接触面积，从而使得该电池具有极高的功率。○3快速的充电接受能力。普通铅酸蓄电池内阻较高，充电时一部分充电电流转化为热能散失，且充电时间一般在6h 以上，而纯电池由于内阻极低，因此基本可将充电电流全部接受，由于板栅采用纯铅制作，副反应极低，因此可实现大电流充电，用作太阳能储备电源时，阴雨天也可以达到90%以上的充电效率。○4超长的使用寿命。由于纯铅电池采用了薄极板技术，活性铅表面积非常大，故其放电后的恢复能力也超强。电池测试寿命可以达到16 年。○5自放电小。电池内阻低，故开路搁置时自放电小，电池可放置两年而不用充电，平稳的输出电压。○5更高的能量密度。纯铅薄极板电池比普通铅钙合金电池在重量比能量方面提高了42%，体积比能量方面提高了30%。换句话说，在更小的体积、更小的重量下可以做出相同容量的电池。因此，TPPL VRLA高能电池与普通铅钙合金电池相比，可以节约主要材料铅30%以上，具有极高的经济效益和社会效益。因为TPPL VRLA电池具有上述优良的特性，所以国内外都积极地试用在混合动力的新能源汽车HEV 上，每KWH 电池价格仅为锂离子电池的1/8，镍氢电池的1/6，具有好的性能价格比与好的安全性能。 3 卷绕式铅酸蓄电池
卷绕式铅酸蓄电池是近年来开发的新产品，为螺旋型结构。通过采用压延铅合金的方式制造出了很薄的铅箔作为极板，厚度约为1mm，并将正极板、隔板、负极板交替叠放并经高压卷绕在一起，制成电池单体为圆柱形的卷绕式铅酸蓄电池。
卷绕式铅酸蓄电池与传统铅酸蓄电池的工作原理是一样的，它只是在制造工艺上有了改进，而正是这些改进使其具有区别于传统蓄电池的更优异的特性，主要表现在以下几个方面：○1卓越的高低温性能，卷绕式铅酸蓄电池可在-55℃～75℃范围内安全快速起动和牵引工作。○2充电非常迅速，在40分钟内可充入95%以上的电量。○3超长寿命，卷绕式铅酸蓄电池的起动次数高达15000次以上。相比于普通蓄电池一般2000-4000次左右的动力与起动次数来说，卷绕式铅酸蓄电池更具强劲的优势。○4自放电极小，可放置两年而不用充电，故从某种意义上真正实现了免维护。
美国GATES公司在上世纪60年代末期首先开始研究卷绕式铅酸蓄电池，后来由OPTMA公司实现真正的开发和生产。OPTIMA公司生产的卷绕式电池单元，板栅厚度为0.3mm，正负极板采用超细玻璃纤维隔板隔开，极板间距小，内阻仅为2.8mΩ，大电流放电性能好，可在-40～65℃的温度范围内正常工作[4]。另外，其电池可经受4G的震动12h；经子弹射穿后，照样可快速启动车辆，能满足电动汽车和混合电动汽车的需要。
近年来，美国BOLDER公司和EXIDE公司分别对卷绕式电池技术进行了改进，使卷绕式铅酸蓄电池性能得到了很大的提高[5]。BOLDER公司开发的卷绕铅酸蓄电池的电极象纸一样薄，称为TMF专利技术。它通过增加加班面积，减少极板厚度和极板之间的距离，极大的提高了高倍率放电性能。该公司生产的12V2.4Ah电池可起动3L的发动机，保证行驶里程310000km。EXIDE公司推出的螺旋卷状电极的圆筒式汽车起动用新型VRLA蓄电池。这种电池具有很大的电极表面积，活性物质用机械擠压到薄板栅上，采用新的连续制造技术，允许有更大的压缩比，使得电池的深放电特性大大提升。
我国国内卷绕式铅酸蓄电池的研制与美国等发达国家相比，还存在一定的差异。我国广东、山东等地的一些企业和研究所陆续开展了卷绕式编织铅布电池的研究与开发，有的研究成果已经进入实际应用阶段。但产品性能在大电流放电能力、深放电循环、高低温性能等方面与先进国家还存在一定的差异。
4 铅酸蓄电池新技术发展前景
新技术为铅酸蓄电池的发展带来了新的希望，提供了更大的发展空间。经过多年的研究与开发，多项铅酸蓄电池新技术会日趋成熟。新技术的应用促进铅酸蓄电池在比容量、比功率、大电流放电性能以及深循环寿命等方面得到了极大的提高，大幅度的提高了铅酸蓄电池技术经济性能，减少了铅的用量，使得铅酸蓄电池生产技术产生一次重大的变革。与传统铅酸蓄电池相比，采用新技术的铅酸蓄电池具有创新特色，更能满足市场的需求，随着我国国内汽车工业、电力、通信、铁路等基础产业的迅速发展，对采用新技术的铅酸蓄电池的需求也将日益增长。
参考文献：
[1] 王富茜，赵瑞瑞，？陈红雨. 超级电池的原理与应用[J]. 蓄电池， 2010（05）：3-9.
[2] 吴敏，孟玉华等.新型铅蓄电池在HEV中的应用[J].电池工业，2010（15）：177-182.
[3] 薛奎网.电动车用铅碳与纯铅蓄电池新技术的发展[J].电动自行车，2011（05）：21-23.
[4] 戴长松，伊廷锋等.卷绕式铅酸蓄电池的研究发展现状[J].电源技术，2004（28）：583-587.
[5] 胡信国，童一波等.阀控式密封铅酸蓄电池的最新发展[J].蓄电池，2001（04）：37-40.
关键词：铅酸蓄电池、铅碳蓄电池、纯铅需电池、卷绕式铅酸蓄电池
中图分类号：TM911 文献标识码：
铅酸蓄电池自1859年由普兰特（Plante）发明以来，至今已有150年的历史，技术十分成熟，是世界上使用最广泛的化学电源。尽管近年来镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等新型电池相继问世并得以应用，但铅酸蓄电池仍然凭借大电流放电性能强、电压特性平稳、温度适用范围广、单体电池容量大、安全性高和原材料丰富且可再生利用、价格低廉等一系列优势，随着中国汽车工业、通信电力、铁路交通、信息产业等基础产业以及新能源产业的高速发展，铅酸蓄电池的需求量大幅度增长，仍然占据着牢固的地位。
近年来，铅酸电池在竞争中发展了许多新技术，如三维及双三维结构电极和全密封式、管式、水平式等新结构；使用新的铅合金电极，促进比能量逐渐提高，延长使用寿命。通过不断的技术革新，铅酸电池将焕发出新的生机。本文主要介绍我国近年来铅酸蓄电池几种新技术的特点和发展。
1铅碳蓄电池
位于美国宾夕法尼亚州的Axion Power公司研发了一种基于铅碳技术的新型蓄电池[1]，也就是铅碳电池，就是将高比表面碳材料（如活性碳、活性碳纤维、碳气凝胶或碳纳米管等）掺入铅负极中，发挥高比表面碳材料的高导电性和对铅基活性物质的分散性，提高铅活性物质的利用率，并能抑制硫酸铅结晶的长大。铅碳电池是铅酸蓄电池和超级电容器的混合物，是将非对称超级电容器与铅酸电池采用内并联方式结合的一种既具有电容特性又具有电池特性的双功能储能电池，可以认为它是另一类的超级电池。
从铅碳电池的特点来看，其性能远远优于传统的铅酸蓄电池，主要优点有[2]：○1将具有双电层电容特性的炭材料（C）与海绵铅（Pb）负极进行合并制作成既有电容特性又有电池特性的Lead-carbon双功能复合电极，Lead-carbon复合电极再与PbO2正极匹配组装成Lead-carbon电池。○2正负极铅膏采用独特的配方和优化的固化工艺。正极活性物质抗软化能力强，深循环寿命好，活性物质利用率高；负极铅膏抗硫化能力强，容量衰减率低，低温启动性能好。○3正极板栅采用新型特制合金和合理的结构设计，抗腐蚀性能好，电流分布合理，与活性物质结合紧密，大电流性能和充电接受能力强；○4采用新型电解液添加剂，电池的析氢、析氧过电位高，电池不易失水。
铅碳电池具有与传统铅酸电池相近的低廉价格优势及成熟的工业制造基础，在各种应用领域有着极强的竞争力优势。铅碳电池可应用于新能源车辆中，如：混合动力汽车、电动自行车等领域；也可用于新能源储能领域，如风光发电储能等。目前，Axion Power公司采用
铅酸/碳（PbC）化学材料的混合型电池专利技术制造出的先进储能系统—PowerCube？电池储能系统，已经被應用于美国电网运营商PJM公司的调频市场领域；东宾公司生产的铅炭电池在美国已经上路，得到了美国政府的大力支持；国内相关的大型电池制造企业如南都电源等，也对该类型电池进行了研制，已有部分产品在新能源汽车、光伏风光储能系统等领域进行试点使用。
2 纯铅蓄电池
纯铅电池最早由美国 GATE 公司研发成功[3]，最初为圆柱形（CYCLON）， 后来由于用户系统容量的需要，通过特殊的工艺和设备，生产出板式纯铅电池（PLATE）。通过多年来的不断研发、改进，从电池的电化学性能、结构设计、电池材料（包括外壳材料）、制造工艺及控制都体现了铅酸电池的最高水平。
该技术是用自动化的压铸机器系统将纯铅碾压成铅带，冲压成正负板栅带。经连续涂板、切板、快速干燥、叠板、固化、COS铸焊和包板成极组群。极组群入壳后、穿壁焊接、热封电池盖、密封极柱、真空加酸。电池在冷水槽中化成，流水线末端进行测试、冲洗、干燥、出货。基于环保的考虑，电流使用内化成技术。纯铅薄极板电池将活性物质利用率提高到了一个较高的水平。与浇铸的铅锡钙合金厚板栅相比，电池重量得到较大的降低，在提高电池重量比能量和浮充寿命的同时，具有更加的高效率、高性能。
与传统电池相比，纯铅薄极板技术（TPPL）的主要技术优势如下：○1利用高纯铅作为板栅，大大提高了电极析氢过电位，防止电池在充电过程中的失水；同时，纯铅板栅也比普通合金更耐腐蚀，从而保证了电池较长的使用寿命。○2采用超薄极板，相比普通铅酸电池3.2～3.4mm 厚度的极板，电池极板厚度在0.6～1.3mm，大大提高了极板反应接触面积，从而使得该电池具有极高的功率。○3快速的充电接受能力。普通铅酸蓄电池内阻较高，充电时一部分充电电流转化为热能散失，且充电时间一般在6h 以上，而纯电池由于内阻极低，因此基本可将充电电流全部接受，由于板栅采用纯铅制作，副反应极低，因此可实现大电流充电，用作太阳能储备电源时，阴雨天也可以达到90%以上的充电效率。○4超长的使用寿命。由于纯铅电池采用了薄极板技术，活性铅表面积非常大，故其放电后的恢复能力也超强。电池测试寿命可以达到16 年。○5自放电小。电池内阻低，故开路搁置时自放电小，电池可放置两年而不用充电，平稳的输出电压。○5更高的能量密度。纯铅薄极板电池比普通铅钙合金电池在重量比能量方面提高了42%，体积比能量方面提高了30%。换句话说，在更小的体积、更小的重量下可以做出相同容量的电池。因此，TPPL VRLA高能电池与普通铅钙合金电池相比，可以节约主要材料铅30%以上，具有极高的经济效益和社会效益。因为TPPL VRLA电池具有上述优良的特性，所以国内外都积极地试用在混合动力的新能源汽车HEV 上，每KWH 电池价格仅为锂离子电池的1/8，镍氢电池的1/6，具有好的性能价格比与好的安全性能。 3 卷绕式铅酸蓄电池
卷绕式铅酸蓄电池是近年来开发的新产品，为螺旋型结构。通过采用压延铅合金的方式制造出了很薄的铅箔作为极板，厚度约为1mm，并将正极板、隔板、负极板交替叠放并经高压卷绕在一起，制成电池单体为圆柱形的卷绕式铅酸蓄电池。
卷绕式铅酸蓄电池与传统铅酸蓄电池的工作原理是一样的，它只是在制造工艺上有了改进，而正是这些改进使其具有区别于传统蓄电池的更优异的特性，主要表现在以下几个方面：○1卓越的高低温性能，卷绕式铅酸蓄电池可在-55℃～75℃范围内安全快速起动和牵引工作。○2充电非常迅速，在40分钟内可充入95%以上的电量。○3超长寿命，卷绕式铅酸蓄电池的起动次数高达15000次以上。相比于普通蓄电池一般2000-4000次左右的动力与起动次数来说，卷绕式铅酸蓄电池更具强劲的优势。○4自放电极小，可放置两年而不用充电，故从某种意义上真正实现了免维护。
美国GATES公司在上世纪60年代末期首先开始研究卷绕式铅酸蓄电池，后来由OPTMA公司实现真正的开发和生产。OPTIMA公司生产的卷绕式电池单元，板栅厚度为0.3mm，正负极板采用超细玻璃纤维隔板隔开，极板间距小，内阻仅为2.8mΩ，大电流放电性能好，可在-40～65℃的温度范围内正常工作[4]。另外，其电池可经受4G的震动12h；经子弹射穿后，照样可快速启动车辆，能满足电动汽车和混合电动汽车的需要。
近年来，美国BOLDER公司和EXIDE公司分别对卷绕式电池技术进行了改进，使卷绕式铅酸蓄电池性能得到了很大的提高[5]。BOLDER公司开发的卷绕铅酸蓄电池的电极象纸一样薄，称为TMF专利技术。它通过增加加班面积，减少极板厚度和极板之间的距离，极大的提高了高倍率放电性能。该公司生产的12V2.4Ah电池可起动3L的发动机，保证行驶里程310000km。EXIDE公司推出的螺旋卷状电极的圆筒式汽车起动用新型VRLA蓄电池。这种电池具有很大的电极表面积，活性物质用机械擠压到薄板栅上，采用新的连续制造技术，允许有更大的压缩比，使得电池的深放电特性大大提升。
我国国内卷绕式铅酸蓄电池的研制与美国等发达国家相比，还存在一定的差异。我国广东、山东等地的一些企业和研究所陆续开展了卷绕式编织铅布电池的研究与开发，有的研究成果已经进入实际应用阶段。但产品性能在大电流放电能力、深放电循环、高低温性能等方面与先进国家还存在一定的差异。
4 铅酸蓄电池新技术发展前景
新技术为铅酸蓄电池的发展带来了新的希望，提供了更大的发展空间。经过多年的研究与开发，多项铅酸蓄电池新技术会日趋成熟。新技术的应用促进铅酸蓄电池在比容量、比功率、大电流放电性能以及深循环寿命等方面得到了极大的提高，大幅度的提高了铅酸蓄电池技术经济性能，减少了铅的用量，使得铅酸蓄电池生产技术产生一次重大的变革。与传统铅酸蓄电池相比，采用新技术的铅酸蓄电池具有创新特色，更能满足市场的需求，随着我国国内汽车工业、电力、通信、铁路等基础产业的迅速发展，对采用新技术的铅酸蓄电池的需求也将日益增长。
参考文献：
[1] 王富茜，赵瑞瑞，？陈红雨. 超级电池的原理与应用[J]. 蓄电池， 2010（05）：3-9.
[2] 吴敏，孟玉华等.新型铅蓄电池在HEV中的应用[J].电池工业，2010（15）：177-182.
[3] 薛奎网.电动车用铅碳与纯铅蓄电池新技术的发展[J].电动自行车，2011（05）：21-23.
[4] 戴长松，伊廷锋等.卷绕式铅酸蓄电池的研究发展现状[J].电源技术，2004（28）：583-587.
[5] 胡信国，童一波等.阀控式密封铅酸蓄电池的最新发展[J].蓄电池，2001（04）：37-40.