培训教程-铅蓄电池基本知识

1三丽高科电源有限公司工人技术培训教材铅酸蓄电池基本知识具体为：一、化学电源及其分类二、铅酸蓄电池的发展史三、铅酸蓄电池的结构和原理四、铅酸蓄电池制造的工艺流程五、铅蓄电池原材料、半成品的基本物理和化学性质六、铅蓄电池的主要型号及其标志的意义七、铅蓄电池的应用领域八、铅酸蓄电池基本术语九、铅酸蓄电池使用维护基本知识2一、化学电源及其分类1、定义化学电源是一种把化学反应所释放出来的能量直接转换成低压直流电能的一种装置。2、工作原理化学电源就是一个能源转换的装置。放电时，电池内的化学能转变成电能，并将电能供应给负载；充电时，外界的电能在电池内部转换成化学能并储存起来。3、基本组成（1）正极（2）负极（3）电解质（4）隔膜（5）外壳4、分类化学电源有不同的方法：⑴按活性物质的保存方式分类。活性物质保持在电极上①非再生型一次电池（如锌-锰电池）②再生型二次电池；（如铅酸蓄电池）活性物质连续供给电极①非再生型燃料电池②再生型燃料电池；⑵按电解质种类分类①碱性电池。电解质为碱性溶液的电池（如镉-镍电池）②酸性电池。电解质为酸性溶液的电池（如铅酸电池）③中性电池。电解质为中性溶液的电池（如硅能电池）④有机电解质电池。电解质为有机电解质电池（如锂电池）⑶按化学电源的工作性质及贮存方式分类①原电池：电池经过放电后，不能用充电的方法使两极的活性物质恢复的初始状态，即反应是不可逆的，因此两极上的活性物质只能利用一次。原电池的特点是小型，携带方便，但放电电流不大。一般用于仪器及各种电子器件。（如锌-银电池）②蓄电池：电池工作时，两极上进行的反应均为可逆反应。因此可用充电的方法使两极活性物质恢复到初始状态，从而获得再生放电的能力。这种充电和放电能够反复多次，循环使用。（如铅酸蓄电池）③贮备电池：电池正负极活性物质和电解质在贮存期间不能直接接触（热电池除外），直到使用时才能借助动力源作用于电解质。使电池“激活”，所以这种电池也称为激活电池。根据激活方式的不同，又有气体激活电池、液体激活电池、热激活电池之分。他们的特点是电池在使用前处于惰性状态，因此能贮存几年甚至十几年。（如镁-银电池）④燃料电池：又称为连续电池，它的特点是正负极本身不包括活性物质，活性物质3贮存在电池电池体系之外，只要将活性物质连续不断的注入电池，电池就能够长期不断地进行放电。（如氢-氧燃料电池）二、铅酸蓄电池的发展史铅酸蓄电池是1859年卡斯通普兰特(GastonPlante)试验了大量的二次电池之后发明的。他用两片铅片作电极，中间隔以橡皮卷成的细螺旋作隔板，浸在10％的硫酸（H2SO4）溶液（比重1.06g/cm3）中，构成一个铅蓄电池。他发现，这种电池可以反复充电和放电。并观察到，这种铅电极装在硫酸溶液中构成的铅蓄电池，当切断一次电流（充电电流）后，立即放出强大的电流（二次电流），比试验的其他材料作电极构成的蓄电池明显优越。1906年，普兰特向法国科学院提交了一个由9个单体电池构成的铅蓄电池，这是世界上第一个铅蓄电池－普兰特电池。由于它的主要原料是铅和酸，因而称为铅酸蓄电池或简称为铅蓄电池。但普兰特电池存在着电极活性物质利用率低，化成时间相当长，电池放电容量不大等问题，所以普兰特电池没有获得工业上的应用。尽管普兰特电池制造与性能还有许多缺点，但它显示出可以获得二次电流（即将经过电化学反应获得的一次电流储存起来，需要时供给二次电流）的优点，以及它将对工业生产和科学发展的巨大贡献，使人们发现了光明的前途。所以，人们锲而不舍地研究，发现铅的氧化物和硫酸混合可制成膏剂－铅膏，涂在铅片上可大大缩短化成时间，电极利用率和电池放电容量也大为提高，这些成果，促进了铅蓄电池的发展。1881年，富尔（Faure）发明了涂膏式极板，但它的一个严重缺陷是铅膏非常容易从铅板上脱落。为了改善这种情况，1881年末，有人提出了栅形板栅的设计，即将整体的平面铅板改成多孔板栅，将铅膏塞在小孔中。这种极板在保持活性物质不脱落方面比整体平面铅板好。1882年，出现了铅锑合金（Pb-Sb）作板栅，增强了硬度，1889年改善了板栅的形状，板栅的外形由铅板改为三角断面的条形。这就增加了铅膏与板栅的接触面积，使铅膏紧密结合在板栅上，大大提高了铅蓄电池的性能和使用寿命。铅粉、铅膏、合金板栅作为现代铅蓄电池极板结构就此确定下来。铅蓄电池采用的铅氧化物，最初试验了各种铅氧化物，如铅汞、碳酸铅、二氧化铅，红丹（Pb3O4）、黄丹（PbO）等。但最终采用了红丹和黄丹，直至新型活性物质的出现，因为其外观颜色分为红色和黄色，又以中国炼丹炉方法制得，所以叫做红丹和黄丹。铅酸蓄电池发展至今已有130多年的历史了，直到1957年西德阳光公司制成胶体密封铅酸电池并投入市场，标志着实用密封铅酸蓄电池的诞生。1971年美国Gates公司，生产出玻璃纤维隔板的吸液式电池，这就是阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA电池）。4三、铅酸蓄电池的结构和原理1、结构图3-1产品结构图2、铅蓄电池主要零部件的主要作用（1）板栅：支撑活性物质、传导电流（2）极板：电化学反应的场所，电池容量的主要制约者（3）隔板：储存电解；作为氧气复合的气体通道；防止活性物质脱落；防止正负极之间短路。（4）槽盖：盛装极群，槽的厚度及材料直接影响到电池是否鼓胀变形（5）极柱：传导电流（6）安全阀：使电池保持一定内压，提高密封反应效率；过充电或高电流充电时，安全阀打开排出气体，防止电池变形甚至发生爆炸；防止外界空气进入电池；防止电解液挥发。负极板正极板安全阀电池盖电池槽隔板极柱53、基本的反应原理（1）电池反应原理正极：PbO2+HSO－4+3H+PbSO4+2H2O负极：Pb+HSO4―PbSO4+H+总反应：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O（2）电池密封原理铅酸蓄电池充电后期，电极上发生的电化学反应：正极：PbSO4＋2H2O－2ePbO2＋HSO4-+3H+H2O－2e2H+＋1/2O2负极：PbSO4＋H+＋2ePb＋HSO4-2H+＋2eH2可以看出，电池充电时产生H2和O2是不可避免的，而两种气体的再化合只有在催化剂存在的条件下才能进行，50~60年代曾研究过用Pt催化的防爆栓,但因结构复杂，价格昂贵，可靠性差而被淘汰。1938年A.Dassler提出的气体复合原理对后来制造密封铅酸电池有重要的指导作用。1971年美国Gates公司提出用玻璃纤维隔板为氧气复合原理实际应用提供了可行性，实现了“密封”的突破。多孔玻璃棉隔板（孔率90%）在正负极之间为氧气传递提供了良好的通道。正极析出的氧气在负极以极高的速度被还原。2Pb+O22PbOPbO+H2SO4PbSO4+H2O上述反应实现了氧的循环，净结果是没有氧的积累，没有水的损失。氧气的复合使负极去极化，减缓了H2的析出。放电充电放电充电放电充电6四、铅酸蓄电池制造的工艺流程1．电池制造工艺流程铅粒铸造→铅粉制造→和膏→涂板→固化→切刷耳→极板装箱→称板配重板栅制造包板→组焊→封盖→灌酸→充放电→配组→装箱→复检→出厂五、铅蓄电池原材料、半成品的基本物理和化学性质1．铅铅，化学符号为Pb，是淡青白色的重金属，密度为11.34g/cm3，质软易于切开，在327.3℃时熔化，在空气中迅速氧化而在其表面形成一层氧化铅。铅蓄电池活性物质用铅均用电解精制粗铅而得到的电解铅，纯度可达99.99％。400～500℃逸出大量铅蒸气。2．铅合金铅锑镉金，化学符号为Pb-Sb-cd，是传统开口电池的板栅合金材料，缺点是氢气（H2）在Sb上的析出过电位低，即H2易析出，无法做成密封电池。铅钙锡铝，化学符号为Pb-Ca-Sn-Al，优点是：不易析氢，适合做密封电池的板栅材料。缺点：不适合深放电循环。Ca的作用：提高导电性；Sn的作用：提高机械强度机浇铸性能，但价格昂贵；Al的作用：保护Ca，使其不被烧损。3．氧化铅氧化铅，化学符号为PbO，是土黄色的铅的氧化物，密度为9.67g/cm3，与稀硫酸易发生化学反应，生成硫酸铅和水，并放出大量的热。4．二氧化铅二氧化铅，化学符号PbO2，主要有α－PbO2和β－PbO2两种晶型。是红褐色的铅的二氧化物，密度为9.37g/cm3，与稀硫酸易发生化学反应，生成硫酸铅和水，放出的热量较多。5．硫酸铅硫酸铅，化学符号PbSO4，密度为6.32g/cm3，不溶于酸和水，若生成致密而粗大的硫酸铅晶体，则发生负极的硫酸盐化，导致电池失效。6．硫酸硫酸，化学符号H2SO4，密度（15℃时）为1.34g/cm3，是无色透明的油状液体，稀释硫酸时一定要少量硫酸放到水中再搅拌，以便热量的散失。7．胶粘剂7胶粘剂由树脂和固化剂按一定比例混合后固化而成。不使用时，树脂与固化剂单独存放，树脂为黄色的油状物，固化剂为白色液体。树脂与固化剂混合后在8～20min（冬夏季不同）固化，并放出大量的热。在室温25℃下，胶粘剂完全固化需要24h。胶粘剂需按一般危险品进行储存，要求：避光、通风、防潮、室温下密闭保存。最适宜的温度是：15～20℃。8．AGM隔板AGM隔板是超细玻璃纤维隔板的英文简称，AGM隔板中含有5%左右的憎水剂，保证即使有自由酸存在，隔板仍保持10%左右的孔不被淹没，作为氧气传输的通道。它的优点有：孔率高、孔径适中、抗拉强度好、电阻率低等。六、铅蓄电池的主要型号及其标志的意义1．型号的组成及其代表意义6-DZM-12电池额定容量值密封式电动助力型串联单体蓄电池数2.品种规格M三丽系列电池型号及外形尺寸电池型号额定电压（V）额定容量（Ah）外形尺寸（mm）重量（Kg）长宽高总高6-DZMJ-121212151999946-DZMJ-201220181761707七、铅蓄电池的应用领域81、邮电通信：铅蓄电池主要浮充运行，在市电停电时作为备用电源；2、电力行业：作为电厂分合闸启动用，瞬间电流很大，平时浮充运行；3、铁路系统：主要为启动及通信接入网用，启动时最大电流可达2100A；4、广电系统：浮充运行，也作为市电停电时的备用电源；5、UPS系统：不间断电源，作为计算机等的备用电源，浮充运行；6、电动自行车及电动汽车：作为电动自行车或电动汽车的动力电源，深循环使用。7、航标系统；作为航标灯的电源，循环使用。八、铅酸蓄电池基本术语1、电池电压：⑴开路电压：电池在开路状态下的端电压。⑵工作电压：电池接通负荷后在放电过程中显示的电压，又称负荷（载）电压或放电电压，工作电压与放电条件有关，放电电流越大，工作电压越低；温度越低，工作电压越低。电压随放电时间变化的曲线称为放电曲线。⑶浮充电压：浮充使用时蓄电池的充电电压。⑷储存电压：经过一定储存期后的开路电压。2、电池的容量：⑴电池的理论容量：活性物质按法拉第定律计算而得的最高理论值。⑵电池的实际容量：电池在一定条件下所能输出的电量，以符号C表示。它等于放电电流与放电时间的乘积。单位为安培小时，简称安时（Ah）。⑶电池的额定容量：按国家或有关部门颁布的标准，保证电池在一定条件下的最低限度的容量。也叫保证容量正常情况下，三者的关系是：理论容量〉实际容量〉额定容量3、电池的内阻：电流通过电池的内部时受到阻力，使电池的电压降低。电池的内阻不是常数，因为活性物质的组成、电解液温度和浓度都在不断的变化。内阻可分为欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻符合欧姆定律；极化电阻随着放电电流的增大而增大，但不是直线关系而是对数关系。4、放电制度：指放电速率、放电形式、终止电压和温度。高倍率即大电流。低温条件下放电时，将减少电池输出的容量。放电速率也称放电率，常用时率和倍率表示。⑴时率是以放电时间来表示的放电速率，即以某电流放电至规定终止电压所经历的时间。例如某电池额定容量是20小时率时为60A·h，即以C20为60A·h表示，则电池应以60/20=3A的电流放电，连续达20h者即为合格。⑵倍率是指电池放电电流的数值为额定容量数值的倍数。如放电电流表示为0.1C20，对于一个60A·h（C20）的电池，即以0.1×60＝6A的电流放电，3C20指180A的电流放电。⑶终止电压指电池放电时电压下降到