[转帖]电动车铅酸蓄电池用叠层极板

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1  引言
    电动车用蓄电池，选用什么蓄电池，几十年来历经多次周旋，总是离不开选用铅酸蓄电池。或者一开始就选用铅酸蓄电池，或者一开始选用其他蓄电池，回过头来还是要考虑铅酸蓄电池。1992年成立的先进铅酸蓄电池联合体(ALABC)，一直从事电动车用铅酸蓄电池的研究与开发。为什么铅酸蓄电池这样受青睐，这是因为铅酸蓄电池与其他蓄电池比较有以下优点：(1)铅酸蓄电池价格低； (2)铅酸蓄电池单体电池电压为2V；(3)铅酸蓄电池有百年以上制造经验；有现成的制造设备和成熟的工艺；(4)铅酸蓄电池没有记忆效应，便于再充电。但是，为开发电动车用铅酸蓄电池，现有的铅酸蓄电池必须作大的改动。例如，1993年日本电池株式会社利用颗粒二氧化硅技术开发了电动车用硅粉阀控铅酸蓄电池，见表1[1]。本文就1995年以来的文献资料对采用竖直平板极板的电动车用铅酸蓄电池的改进作一综述。


2  电动车铅酸蓄电池用叠层正极板[2—9]
铅酸蓄电池用极板，主要有二种，即管式极板和涂膏式极板。管式极板主要用于长寿命铅酸蓄电池的正极板，涂膏式极板主要用于铅酸蓄电池的负极板及高率放电性能优良而且成本低的正极板。
电动车用阀控铅酸蓄电池对高能量密度和长寿命的要求很高。但是，管式极板和涂膏式极板要兼有高能量密度和长寿命是有限度的。尽管管式极板的铅筋腐蚀和活物质脱落得到抑制，因而延长蓄电池寿命，但是极板的反应面积不能增大，所以高率放电特性低劣.因而不能获得高能量密度。涂膏式极板由于是平板状，极板的反应面积增大，所以高率放电特性优良，因此能获得高能量密度，但是板栅腐蚀和板栅形状变化时，板栅和活物质不能保持接触，发生活物质脱落，因而蓄电池难以获得长寿命。
    1995年日本汤浅(YUASA)公司公开一种高能量密度与长寿命兼备的电动车铅酸蓄电池用叠层
正极板。这种叠层正极板的结构要点可用正面图(图1)、横截面图(图2或图3)说明。




    要点1 这种正极板1由耐酸耐氧化的树脂薄片3、集电用的金属薄片2和活物质构成。用环氧树脂粘合剂在金属薄片的二面粘上树脂薄片—至少在树脂薄片上形成许多穿孔31，活物质填充在穿孔31内(图2)。最好是金属薄片也形成许多穿孔21，使其与穿孔31连通，活物质填充在穿孔2l和31内(图3)。图l中的11是极板耳。
    通过树脂薄片上的穿孔保持活物质，即使金属薄片腐蚀了也能抑制活物质脱落。金属薄片被树脂薄片覆盖的部分。难以腐蚀，几乎不会发生金属薄片的腐蚀，所以几乎不发生活物质脱落，延长了寿命。树脂薄片和金属薄片是叠层平板状，作为电极的反应面积增大，因此提高了高率放电特性，得到高能量密度。
    要点2  树脂薄片的穿孔，具有相同的直径，穿孔分布均匀。这样，操作容易，能提高生产率。
要点3  树脂薄片的穿孔，要使位于金属薄片极板耳附近的穿孔直径小于其他部位穿孔直径—由于金属薄片极板耳附近的电阻低，位于这部分的树脂薄片的活物质比其他部位的活物质容易反应，因此，金属薄片极板耳附近比其他部位容易发生腐蚀，使金属薄片的集电能力降低，有恐正极板寿命终止。但是由于极板耳附近的穿孔直径小，能抑制这部位活物质的反应，能抑制金属薄片极板耳附近的腐蚀。因此，能防止金属薄片集电能力的降低，更能延长正极板的寿命。图4示出穿孔直径与活物质反应性的关系，穿孔直径小，活物质反应性低。



    要点4  树脂薄片的穿孔具有相同直径时，要使位于金属薄片极板耳附近的穿孔分布密度小于其他部位的穿孔密度。这样，能抑制极板耳附近的活物质反应，能抑制金属薄片极板耳附近的腐蚀，能防止金属薄片集电能力的降低，延长正极板寿命。
    要点5  金属薄片的穿孔分别与树脂薄片的穿孔连通，金属薄片的穿孔直径小于连通的树脂薄片穿孔直径.在金属薄片内也能填充活物质。增大正极板单位体积的活物质量。因此，能提高高率放电特性，获得高能量密度。
    要点6  金属薄片可以采用表面涂覆铅或铅合金的铜薄片。采用导电性比铅或铅合金优良而且质量减轻的铜薄片作集电件，更能提高高率放电特性，获得高能量密度。
    要点7  树脂薄片位于金属薄片的一面，金属薄片另一面是树脂涂层。在活物质量一定的场合，
与金属薄片两面有树脂薄片的情况比较，可以加厚树脂薄片。因此，整个活物质的反应需要的时间加长了，寿命更长了。金属薄片另一面是树脂涂层，能防止腐蚀。
    要点8  树脂薄片位于金属薄片两面。能防止金属薄片两面的腐蚀。
    要点9  树脂薄片与金属薄片粘接。能防止电解液浸入树脂薄片与金属薄片之间，确实防止金属薄片的腐蚀。
    下面用试验说明这种叠层正极板.与管式正极板和涂膏式正极板比较，在性能上的提高。
    试验电池1  图1是试验电池1用正极板的正面图，图2是其横截面图。正极板1是由金属薄片2、树脂薄片3和活物质(图中未画)构成的。金属薄片是铅合金制的，厚0.1 mm。树脂薄片是聚烯烃合成树脂制的，厚0.2 mm，用粘接剂粘接在金属薄片的两面上。树脂薄片上形成许多穿孔31，是直径2.7mm的圆孔，开孔率为62％，孔是均等分布的。活物质填充在穿孔中。正极板长12cm、宽8cm。用这种正极板19片、微细玻璃纤维隔板和普通涂膏式负极板20片为一单格电池，将6个单格电池串联装入A贴制电池槽中，制成24Ah-12V阀控铅酸蓄电池。该蓄电池为宽12.8cm、长17.1 cm、高10.8cm。质量5.6kg。
    试验电池2  图3是试验电池2用正极板的横截面图，与试验电池1不同点在于金属薄片2上也形成许多穿孔21，活物质(图中未画)也填充在穿孔21中，穿孔21与穿孔31连通。
试验电池3  图5是试验电池3用正极板的横截面图，与试验电池1不同点在于只在金属薄片2的一面上有树脂薄片3，不同处是树脂薄片较厚为0.4mm。金属薄片的另一面是薄的树脂涂层。

         
试验电池4  图6是试验电池4用正极板的横截面图，与试验电池2不同点在于，金属薄片2上形成的穿孔1直径小，为直径1.5 mm的圆孔，树脂薄片3上形成每边2.4mm的正方形穿孔 31，与穿孔21连通。
    试验电池5  试验电池5的正极板相对试验电池1的正极板，位于极板耳1l附近的穿孔31的直径小于其他位置穿孔31的直径。
    试验电池6  试验电池6的正极板相对试验电池l的正极板，位于极板耳11附近的穿孔31的分布密度小于其他部位穿孔31的分布密度。
    试验电池7  试验电池7的正极板相对试验电池5的正极板，金属薄片2采用涂覆铅合金的铜薄片。
    试验电池8  试验电池8的正极板相对试验电池6的正极板，金属薄片2采用涂覆铅合金的铜薄片。
    作为比较的管式正极板蓄电池采用140Ah6V开放式铅酸蓄电池。
    作为比较的涂膏式正极板蓄电池采用24Ah12 V阀控铅酸蓄电池，正极板厚1.3 mm。
对上述10种蓄电池进行放电能量密度和循环寿命试验(试验条件从略)。试验结果见表2。



    由表2看出，试验电池1～8的放电能量密度比涂膏正极板蓄电池的高。由于试验电池1～8的
正极板厚度比涂膏正极板薄很多，所以叠层正极板的反应面积增大。当涂膏正极板厚度比现行的减薄时，正极板栅早期发生腐蚀。电池寿命明显减短，没有实用性，所以放电能量密度的提高是有限
度的。然而，试验电池1～8的叠层正极板，由于金属薄片被树脂薄片所覆的部分，腐蚀被抑制，所以受腐蚀影响的寿命特性减退，可以不考虑。由于叠层正极板能实现正极板的减薄，就能大幅提高蓄电池放电能量密度。
    试验电池l的循环寿命比试验电池2的高，是因为金属薄片的体积大。
    试验电池3循环寿命比试验电池1和2的高，是因为活物质厚度更厚，活物质反应需要的时间延长了。
    试验电池4的循环寿命比试验电池1的低，是因为穿孔31的形状是方形的，随着充放电活物质的体积变化产生的应力不能均等，活物质相互间的结合减弱。
    试验电池5和6的循环寿命比试验电池1～4的高，是因为极板耳附近的活物质反应得到抑制，
也就是极板耳附近金属薄片的腐蚀得到抑制。
    试验电池7和8的放电能量密度比试验电池5和6的高，是因为金属薄片采用了导电性比铅合金优良而且轻的铜薄片。
    此外，这种叠层正极板还有以下要点：
    要点10  随着充放电，树脂薄片穿孔中的活物质向金属薄片的相反侧膨胀，活物质间的结合丧失，放电容量降低，为抑制活物质膨胀，在树脂薄片上的穿孔内部表面形成凸凹表面。采用硬质氯乙烯低发泡薄片。由于发泡薄片内部有许多独立气泡，在穿孔内部表面上显出的独立气泡会变成凸凹的内部表面。
    要点11  厚0.05 mm耐酸耐氧化和导电兼备的Pb-Sn合金层被覆在树脂薄片穿孔内壁上和金属薄片穿孔内壁上，在防止金属薄片腐蚀和防止树脂薄片剥离的同时，增大活物质的集电面积，减少内部电阻  随着充放电循环，正极活物质膨胀时，活物质本身被膨胀应力按在Pb—Sn合金层上，能防止活物质与金属薄片之间的剥离.提高蓄电池循环寿命。
    要点12  采用有连续气泡的树脂薄片。电解液填充在连续气泡内。正极活物质填充在树脂薄片穿孔内，电解液供给方向由隔板面对极板是垂直方向。正极活物质利用率受电解液扩散限制。然而，树脂薄片内的连续气泡，使电解液扩散得到改进，也就提高了正极活物质利用率。
    要点13  树脂薄片进行亲水处理。提高树脂薄片的润湿性，充电时发生的气体滞留在树脂薄片穿孔的侧壁上也不会防碍电解液的自由移动，再有穿孔侧壁和填充活物质之间的孔率提高了电解液填充效率。有增加蓄电池容量的效果。
    要点14  在树脂薄片表面上形成凸起，将活物质涂填到凸起顶部，使树脂薄片表面全部被活物质覆盖。树脂薄片表面上形成凸起，强化了活物质与树脂薄片的结合力，在使用过程中活物质不会从树脂薄片表面脱落。
    要点15  用憎水性粘接剂将树脂薄片粘接在金属薄片上，防止电解液腐蚀金属薄片。憎水性粘接剂采用含有质量分数为0.2％～1.0％四氟化乙烯树脂颗粒(平均粒径1～5μm)的环氧树脂。
    要点16  从减轻质量、价格、加工方面考虑，树脂薄片可以采用聚丙烯、聚氯乙烯或ABS等树脂薄片。
    要点17  树脂薄片上的穿孔直径超过10 mm时，活物质保持不好；穿孔直径低于1 mm时，为得到希望的开孔率，穿孔间隔小于0.1 mm，金属薄片容易发生腐蚀.因此穿孔间隔最好为2～3mm。
    要点18  金属薄片可以采用Pb—Ca—Sn合金薄片。

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注意看表2

电池王子

啊，好东西，可是没有的买。

夸克1014

是啊!现在哪有的卖吗?
个人认为实验8电池最好了