培訓教程-鉛蓄電池基本知識

1、三麗高科電源有限公司工人技術培訓教材 鉛酸蓄電池基本知識具體為：一、化學電源及其分類二、鉛酸蓄電池的發(fā)展史三、鉛酸蓄電池的結構和原理四、鉛酸蓄電池制造的工藝流程五、鉛蓄電池原材料、半成品的基本物理和化學性質六、鉛蓄電池的主要型號及其標志的意義七、鉛蓄電池的應用領域八、鉛酸蓄電池基本術語九、鉛酸蓄電池使用維護基本知識1 / 12一、 化學電源及其分類1、定義化學電源是一種把化學反應所釋放出來的能量直接轉換成低壓直流電能的一種裝置。2、工作原理化學電源就是一個能源轉換的裝置。放電時，電池內的化學能轉變成電能，并將電能供應給負載；充電時，外界的電能在電池內部轉換成化學能并儲存起來。3、基本組成（1）

2、 正極（2） 負極（3） 電解質（4） 隔膜（5） 外殼4、分類化學電源有不同的方法：按活性物質的保存方式分類?；钚晕镔|保持在電極上 非再生型一次電池（如鋅-錳電池） 再生型二次電池；（如鉛酸蓄電池）活性物質連續(xù)供給電極 非再生型燃料電池 再生型燃料電池；按電解質種類分類 堿性電池。電解質為堿性溶液的電池（如鎘-鎳電池） 酸性電池。電解質為酸性溶液的電池（如鉛酸電池） 中性電池。電解質為中性溶液的電池 （如硅能電池） 有機電解質電池。電解質為有機電解質電池（如鋰電池）按化學電源的工作性質及貯存方式分類原電池：電池經(jīng)過放電后，不能用充電的方法使兩極的活性物質恢復的初始狀態(tài)，即反應是不可逆的，因此

3、兩極上的活性物質只能利用一次。原電池的特點是小型，攜帶方便，但放電電流不大。一般用于儀器及各種電子器件。（如鋅-銀電池）蓄電池：電池工作時，兩極上進行的反應均為可逆反應。因此可用充電的方法使兩極活性物質恢復到初始狀態(tài)，從而獲得再生放電的能力。這種充電和放電能夠反復多次，循環(huán)使用。（如鉛酸蓄電池）貯備電池：電池正負極活性物質和電解質在貯存期間不能直接接觸（熱電池除外），直到使用時才能借助動力源作用于電解質。使電池“激活”，所以這種電池也稱為激活電池。根據(jù)激活方式的不同，又有氣體激活電池、液體激活電池、熱激活電池之分。他們的特點是電池在使用前處于惰性狀態(tài)，因此能貯存幾年甚至十幾年。（如鎂-銀電池）

4、燃料電池：又稱為連續(xù)電池，它的特點是正負極本身不包括活性物質，活性物質貯存在電池電池體系之外，只要將活性物質連續(xù)不斷的注入電池，電池就能夠長期不斷地進行放電。（如氫-氧燃料電池）二、鉛酸蓄電池的發(fā)展史鉛酸蓄電池是1859年卡斯通Z普蘭特 (Gaston ZPlante) 試驗了大量的二次電池之后發(fā)明的。他用兩片鉛片作電極，中間隔以橡皮卷成的細螺旋作隔板，浸在10的硫酸（H2SO4）溶液（比重1.06g/cm3）中，構成一個鉛蓄電池。他發(fā)現(xiàn)，這種電池可以反復充電和放電。并觀察到，這種鉛電極裝在硫酸溶液中構成的鉛蓄電池，當切斷一次電流（充電電流）后，立即放出強大的電流（二次電流），比試驗的其他材料

5、作電極構成的蓄電池明顯優(yōu)越。1906年，普蘭特向法國科學院提交了一個由9個單體電池構成的鉛蓄電池，這是世界上第一個鉛蓄電池普蘭特電池。由于它的主要原料是鉛和酸，因而稱為鉛酸蓄電池或簡稱為鉛蓄電池。但普蘭特電池存在著電極活性物質利用率低，化成時間相當長，電池放電容量不大等問題，所以普蘭特電池沒有獲得工業(yè)上的應用。盡管普蘭特電池制造與性能還有許多缺點，但它顯示出可以獲得二次電流（即將經(jīng)過電化學反應獲得的一次電流儲存起來，需要時供給二次電流）的優(yōu)點，以及它將對工業(yè)生產(chǎn)和科學發(fā)展的巨大貢獻，使人們發(fā)現(xiàn)了光明的前途。所以，人們鍥而不舍地研究，發(fā)現(xiàn)鉛的氧化物和硫酸混合可制成膏劑鉛膏，涂在鉛片上可大大縮短化

6、成時間，電極利用率和電池放電容量也大為提高，這些成果，促進了鉛蓄電池的發(fā)展。1881年，富爾（Faure）發(fā)明了涂膏式極板，但它的一個嚴重缺陷是鉛膏非常容易從鉛板上脫落。為了改善這種情況，1881年末，有人提出了柵形板柵的設計，即將整體的平面鉛板改成多孔板柵，將鉛膏塞在小孔中。這種極板在保持活性物質不脫落方面比整體平面鉛板好。1882年，出現(xiàn)了鉛銻合金（Pb-Sb）作板柵，增強了硬度，1889年改善了板柵的形狀，板柵的外形由鉛板改為三角斷面的條形。這就增加了鉛膏與板柵的接觸面積，使鉛膏緊密結合在板柵上，大大提高了鉛蓄電池的性能和使用壽命。鉛粉、鉛膏、合金板柵作為現(xiàn)代鉛蓄電池極板結構就此確定下來

7、。鉛蓄電池采用的鉛氧化物，最初試驗了各種鉛氧化物，如鉛汞、碳酸鉛、二氧化鉛，紅丹（Pb3O4）、黃丹（PbO）等。但最終采用了紅丹和黃丹，直至新型活性物質的出現(xiàn)，因為其外觀顏色分為紅色和黃色，又以中國煉丹爐方法制得，所以叫做紅丹和黃丹。鉛酸蓄電池發(fā)展至今已有130多年的歷史了，直到1957年西德陽光公司制成膠體密封鉛酸電池并投入市場，標志著實用密封鉛酸蓄電池的誕生。1971年美國Gates公司，生產(chǎn)出玻璃纖維隔板的吸液式電池，這就是閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA電池）。三、鉛酸蓄電池的結構和原理1、結構圖3-1產(chǎn)品結構圖負極板正極板安全閥極柱 電池蓋隔板電池槽2、鉛蓄電池主要零部件的主要作用（

8、1） 板 柵：支撐活性物質、傳導電流（2） 極 板：電化學反應的場所，電池容量的主要制約者（3） 隔 板：儲存電解；作為氧氣復合的氣體通道；防止活性物質脫落； 防止正負極之間短路。（4） 槽 蓋：盛裝極群，槽的厚度及材料直接影響到電池是否鼓脹變形（5） 極 柱：傳導電流（6） 安全閥：使電池保持一定內壓，提高密封反應效率；過充電或高電流充電時，安全閥打開排出氣體，防止電池變形甚至發(fā)生爆炸；防止外界空氣進入電池；防止電解液揮發(fā)。3、基本的反應原理（1）電池反應原理放 電充 電 正極： PbO2 + HSO4 + 3H+ PbSO4 + 2H2O放 電 充 電負極： Pb + HSO4 PbSO4

9、 + H + 放 電 充 電 總反應：PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O （2）電池密封原理鉛酸蓄電池充電后期，電極上發(fā)生的電化學反應： 正極：PbSO4 2 H2 O 2e PbO 2 HSO4- + 3H+ H2 O 2e 2H+ 1/2 O2 負極：PbSO4 H+ 2e Pb HSO4- 2H+ 2e H2 可以看出，電池充電時產(chǎn)生H2和O2是不可避免的，而兩種氣體的再化合只有在催化劑存在的條件下才能進行，50 60年代曾研究過用Pt催化的防爆栓,但因結構復雜，價格昂貴，可靠性差而被淘汰。 1938年A.Dassler提出的氣體復合原理對后來制造密封鉛酸電

10、池有重要的指導作用。1971年美國Gates公司提出用玻璃纖維隔板為氧氣復合原理實際應用提供了可行性，實現(xiàn)了“密封”的突破。多孔玻璃棉隔板（孔率>90%）在正負極之間為氧氣傳遞提供了良好的通道。正極析出的氧氣在負極以極高的速度被還原。2Pb +O2 2PbOPbO+ H2SO4PbSO4 +H2O 上述反應實現(xiàn)了氧的循環(huán)，凈結果是沒有氧的積累，沒有水的損失。氧氣的復合使負極去極化，減緩了H2 的析出。四、鉛酸蓄電池制造的工藝流程1電池制造工藝流程 鉛粒鑄造 鉛粉制造和膏 涂板 固化切刷耳 極板裝箱 稱板配重 板柵制造 包板 組 焊封蓋灌酸充放電配組 裝箱 復檢出廠 五、鉛蓄電池原材料、半

11、成品的基本物理和化學性質1 鉛鉛，化學符號為Pb，是淡青白色的重金屬，密度為11.34g/cm3，質軟易于切開，在327.3時熔化，在空氣中迅速氧化而在其表面形成一層氧化鉛。鉛蓄電池活性物質用鉛均用電解精制粗鉛而得到的電解鉛，純度可達99.99。400500逸出大量鉛蒸氣。2 鉛合金鉛銻鎘金，化學符號為Pb-Sb-cd，是傳統(tǒng)開口電池的板柵合金材料，缺點是氫氣（H2）在Sb上的析出過電位低，即H2易析出，無法做成密封電池。鉛鈣錫鋁，化學符號為Pb-Ca-Sn-Al，優(yōu)點是：不易析氫，適合做密封電池的板柵材料。缺點：不適合深放電循環(huán)。Ca的作用：提高導電性；Sn的作用：提高機械強度機澆鑄性能，但

12、價格昂貴；Al的作用：保護Ca，使其不被燒損。3 氧化鉛氧化鉛，化學符號為PbO，是土黃色的鉛的氧化物，密度為9.67g/cm3，與稀硫酸易發(fā)生化學反應，生成硫酸鉛和水，并放出大量的熱。4 二氧化鉛二氧化鉛，化學符號PbO2，主要有PbO2和PbO2兩種晶型。是紅褐色的鉛的二氧化物，密度為9.37g/cm3，與稀硫酸易發(fā)生化學反應，生成硫酸鉛和水，放出的熱量較多。5 硫酸鉛硫酸鉛，化學符號PbSO4，密度為6.32 g/cm3，不溶于酸和水，若生成致密而粗大的硫酸鉛晶體，則發(fā)生負極的硫酸鹽化，導致電池失效。6 硫酸硫酸，化學符號H2SO4，密度（15時）為1.34g/cm3，是無色透明的油狀液

13、體，稀釋硫酸時一定要少量硫酸放到水中再攪拌，以便熱量的散失。7 膠粘劑膠粘劑由樹脂和固化劑按一定比例混合后固化而成。不使用時，樹脂與固化劑單獨存放，樹脂為黃色的油狀物，固化劑為白色液體。樹脂與固化劑混合后在820min（冬夏季不同）固化，并放出大量的熱。在室溫25下，膠粘劑完全固化需要24h。膠粘劑需按一般危險品進行儲存，要求：避光、通風、防潮、室溫下密閉保存。最適宜的溫度是：1520。8 AGM隔板AGM隔板是超細玻璃纖維隔板的英文簡稱，AGM隔板中含有5%左右的憎水劑，保證即使有自由酸存在，隔板仍保持10%左右的孔不被淹沒，作為氧氣傳輸?shù)耐ǖ馈Ｋ膬?yōu)點有：孔率高、孔徑適中、抗拉強度好、電阻

14、率低等。六、鉛蓄電池的主要型號及其標志的意義1型號的組成及其代表意義6 - D Z M - 12 電池額定容量值 密封式 電動助力型 串聯(lián)單體蓄電池數(shù)2.品種規(guī)格M三麗系列電池型號及外形尺寸電池型號額定電壓（V）額定容量（Ah）外形尺寸（mm）重量（Kg）長寬高總高6-DZMJ-121212151999946-DZMJ-201220181761707七、鉛蓄電池的應用領域1、郵電通信：鉛蓄電池主要浮充運行，在市電停電時作為備用電源；2、電力行業(yè)：作為電廠分合閘啟動用，瞬間電流很大，平時浮充運行；3、鐵路系統(tǒng)：主要為啟動及通信接入網(wǎng)用，啟動時最大電流可達2100A；4、廣電系統(tǒng)：浮充運行，也作為

15、市電停電時的備用電源；5、UPS系統(tǒng)：不間斷電源，作為計算機等的備用電源，浮充運行；6、電動自行車及電動汽車：作為電動自行車或電動汽車的動力電源，深循環(huán)使用。7、航標系統(tǒng)；作為航標燈的電源，循環(huán)使用。八、鉛酸蓄電池基本術語1、電池電壓：開路電壓：電池在開路狀態(tài)下的端電壓。工作電壓：電池接通負荷后在放電過程中顯示的電壓，又稱負荷（載）電壓或放電電壓，工作電壓與放電條件有關，放電電流越大，工作電壓越低；溫度越低，工作電壓越低。電壓隨放電時間變化的曲線稱為放電曲線。浮充電壓：浮充使用時蓄電池的充電電壓。儲存電壓：經(jīng)過一定儲存期后的開路電壓。2、電池的容量：電池的理論容量：活性物質按法拉第定律計算而得

16、的最高理論值。電池的實際容量：電池在一定條件下所能輸出的電量，以符號C表示。它等于放電電流與放電時間的乘積。單位為安培小時，簡稱安時（Ah）。電池的額定容量：按國家或有關部門頒布的標準，保證電池在一定條件下的最低限度的容量。也叫保證容量正常情況下，三者的關系是：理論容量實際容量額定容量3、電池的內阻： 電流通過電池的內部時受到阻力，使電池的電壓降低。電池的內阻不是常數(shù)，因為活性物質的組成、電解液溫度和濃度都在不斷的變化。內阻可分為歐姆內阻和極化內阻，歐姆內阻符合歐姆定律；極化電阻隨著放電電流的增大而增大，但不是直線關系而是對數(shù)關系。4、放電制度：指放電速率、放電形式、終止電壓和溫度。高倍率即大

17、電流。低溫條件下放電時，將減少電池輸出的容量。放電速率也稱放電率，常用時率和倍率表示。時率是以放電時間來表示的放電速率，即以某電流放電至規(guī)定終止電壓所經(jīng)歷的時間。例如某電池額定容量是20小時率時為60A·h，即以C20為60A·h表示，則電池應以60/20=3A的電流放電，連續(xù)達20h者即為合格。倍率是指電池放電電流的數(shù)值為額定容量數(shù)值的倍數(shù)。如放電電流表示為0.1C20，對于一個60A·h（C20）的電池，即以0.1×606A的電流放電，3C20指180A的電流放電。終止電壓指電池放電時電壓下降到不宜再繼續(xù)放電時的最低工作電壓。一般在高倍率、低溫條件下

18、放電時，終止電壓規(guī)定得低一些。溫度：與電池容量、浮充電壓、壽命密切相關。5、失效模式：正極板柵的腐蝕變形。正極板柵在蓄電池的充電過程中會被氧化成硫酸鉛和二氧化鉛，最后導致喪失支撐活性物質的作用而使電池失效，或者由于二氧化鉛腐蝕層的形成，使鉛合金產(chǎn)生應力，致使板柵線性長大變形，活性物質與板柵接觸不良而脫落，或在匯流排處短路。正極活性物質脫落、軟化。極板的制造、裝配的松緊和充放電條件等一系列因素都對正極活性物質脫落、軟化有影響。不可逆硫酸鹽化。在負極上形成一種粗大的、難于接受充電的PbSO4結晶。早期容量損失。在蓄電池使用的初期出現(xiàn)容量突然下降的現(xiàn)象。熱失控。充電壓過高，從而充電電流過大，產(chǎn)生的熱

19、將使電池電解液溫度升高，導致電池內阻下降，內阻下降又加強了充電電流，電池升溫和充電電流過大的互相加強，最終不可控制，使電池變形、開裂而失效。電解液干涸。九、鉛酸蓄電池使用維護基本知識1、充放電要求均衡充電 LS系列電池在下列情況下需對電池組進行均衡充電： 電池系統(tǒng)安裝完畢后，對電池組進行補充充電 電池組浮充運行三個月后，有兩只以上電池電壓低于2.18V 電池擱置停用時間超出三個月 電池全浮充運行達三個月 均衡充電的方法推薦采用如下方式： 以2.35V/單體2.40V/單體充電24小時 注意：上述充電時間是指溫度范圍為2030，如果環(huán)境溫度下降，則充電時間應增加，反之亦然。電池充電 電池放電后應

20、及時充電。充電方法推薦如下： 以0.1C10A的恒電流對電池組充電，到電池單體平均電壓上升到2.352.40V,然后改用 2.352.40V/單體進行恒壓充電,直到充電結束。 用上述方法進行充電，其充足電的標志，可以用以下兩條中的任一條作為判斷依據(jù)： 充電時間1824小時(非深放電時間可短，如20放電深度的電池，充電時間可縮短為10小時。)電壓恒定情況下，充電末期連續(xù)三小時充電電流值不變。 在特殊情況下，電池組需盡快充足電，可采用快速充電方法：限流值0.15C10A，充電電壓為2.352.40V/單體。2、電池儲存所有鉛酸蓄電池在開路狀態(tài)下都會自放電，自放電的結果是電池的開路電壓降低，電池容量

21、減少。南都LS系列電池在儲存時應注意以下幾點: 自放電率與電池的儲存溫度有關，溫度低則自放電程度小，溫度高則自放電程度大。 南都LS系列電池存放環(huán)境要求035；存放地點應通風、干燥。 儲存時的一個重要參數(shù)是開路電壓，它與電解液濃度有關。為避免自放電對極板的永久性損傷，電池存放三個月后應進行補充電。充電方法見均衡充電方法。 電池存放期間，若開路電壓低于2.10V/單體，應進行補充電后才能投入使用，充電方法見均衡充電方法。 所有準備儲存的電池在存放前都必須充足電。建議記下電池存放的時間，歸入定期維修記錄，并記下需再補充電的時間。 所有LS系列電池組的合格證上有電池最后一次充電的時間，可根據(jù)這個推算

22、電池下一次補充電時間。3、電池的維護為確保電池的使用壽命，應對電池進行正確的檢查和維護。以下推薦LS系列電池的維護保養(yǎng)方法。月度保養(yǎng)每月完成下列檢查： 保持電池房清潔衛(wèi)生。 測量和記錄電池房內環(huán)境溫度。 逐個檢查電池的清潔度、端子的損傷及發(fā)熱痕跡、外殼及蓋的損壞或過熱痕跡。 測量和記錄電池系統(tǒng)的總電壓、浮充電流。 季度保養(yǎng) 重復各項月度檢查。 測量和記錄各在線電池的浮充電壓。若經(jīng)過溫度校正有兩只以上電池電壓低于2.18V,電池組需進行均衡充電，如問題仍然存在，繼續(xù)進行電池年檢乃至三年維護中的項目檢查。以上方法均失效，請與本公司用戶服務中心聯(lián)系。年度保養(yǎng) 重復季度所有保養(yǎng)、檢查。 每年檢查連接部分是否有松動