铅蓄电池初步知识介绍

1蓄电池的组成

1.1正、负极板：其中极板由板栅和活性物质组成，真正能进行充放电的物质是极板中的活性物质（负极板为Pb呈青灰色，正极板为Pbo2呈黑褐色），板栅起着支撑活性物质及导电作用，我们极板板栅所用材料为Pb-Ca合金。

1.2隔板：可用作蓄电池的隔板有多种材料，如PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PVC（聚氯乙烯），多孔橡胶、超细玻璃纤维等，用作免维护的铅酸蓄电池的隔板应具备①厚度较均匀；②高孔率、小孔径；③有较强的电解液保持能力；④电阻小；⑤耐酸氧化能力强等；超细玻璃纤维基本上能满足上述要求，我们蓄电池所用的隔板就是该类型的隔板。

1.3稀硫酸：电池中稀硫酸是经分析纯浓硫酸加入一定量的去离子水稀释而成，其杂质含量相当低，不到万分之一。杂质含量过高会直接影响铅蓄电池的性能及容量，同时加入电池中的硫酸电解液的比重也有规定，因为它直接决定电池的开路电压。

1.4电池槽：电池槽是电池的容器，对其材料有相当要求，否则有可能从电池槽中引入杂质而影响电池的性能及寿命。

1.5电池上盖：电池上盖的作用是便于电池的装配及密封。

1.6安全帽：在电池中安全帽起着非常重要的作用，它既保证电池中水份尽少损失（大部分电池失效是以电池中含水量过少而告终），同时隔离空气中的氧气（因为氧气可与电池极板反应引起自放电，导致电池电压下降过快），安全帽另外一个作用就是当电池过充电时产生的气体压力超过一定值时，安全帽会自动打开，排除多余的气体，以免引起电池因过充电而变形或爆炸，安全帽有大有小，当电池缺失安全帽时一定要找同类型电池的安全帽，否则发挥不了安全帽定有的作用。

1.7四方块：电池的四方块的作用是保证安全帽处有一个合适的位置（安全帽只有处在一个合适的位置才会发挥其作用）安全帽不能完全被压死，但也距离不能太大。因此，发现无四方块的电池一定寻找相应的四方块压好压平，并同时点好502胶水（502胶水不宜加得太多，否则会流下去粘死安全帽），没有四方块的电池，在充电时或气温较高时其安全帽会自动弹掉，这样会严重影响蓄电池的性能及使用寿命。

2电池的极性任何一台蓄电池都有正、负两个电极，在使用时大部分情况下正、负极不可互换，因此正确判断电池的正负极是非常重要的，其判断方法有：

2.1凭眼看：电池正极极耳的颜色为黑褐色、电池负极耳的颜色为青灰色。

2.2用万用表电压档进行判断，将万用表红、黑两支表笔按正确使用方法安装在万用表上（黑色笔安装在COM位置上，红表笔安装在VΩ位置上），再将两支表笔夹在电池的两个极耳上测其直流电压（直流20V档位），如果万用表上显示正值，则红表笔对应的电极为电池的正极；反之，则红表笔对应的是电池的负极。

3铅酸蓄电池基本原理

在溶液中，只要存在两种导体，而且这两种导体的氧化还原性质有差别，就能产生电压（也叫电动势），如果将这两种导体连接起来，就产生电流，即构成电池。具有较强氧化性的一边就是电池的正极，具有较强还原性的就是电池的负极。在铅酸蓄电池中，负极的活性物质是铅粉，在硫酸中具有较强的还原性；正极活性物质由多孔的二氧化铅构成，二氧化铅是一种可以导电的半导体氧化物，具有较强的氧化性。硫酸铅是一种难溶的盐类，本身没有自由的离子或电子，不导电。由于反应形成了难溶的盐，会阻碍硫酸的进一步扩散，使反应进行了一会就终止。为了克服硫酸铅覆盖电极表面而阻断反应，电极要做成多孔性物质以有利于充分反应。理论上产生1A·h容量消耗反应物质量为：二氧化铅4.46克，铅3.86克，硫酸3.66克。

负极反应：Pb+HSO4-PbSO4+H++2e

正极反应：PbO2+3H++HSO4-+2ePbSO4+2H2O

电池总反应：Pb+PbO2+2H++2HSO4-2PbSO4+2H2O

随着放电的进行，硫酸不断减少，与此同时电池中又有水生成，这样就使电池中的电解液浓度不断降低，反之在充电时，硫酸却不断生成，因此电解液浓度不断增加。

4影响铅酸蓄电池容量的因素

1放电率。在活性物质总量不变的条件下，电池容量随放电电流增大而降低，因此在谈电池容量时，必须指明放电率，放电率有小时率和电流率两种表示方法：①小时率（时间率）是以一定的电流放完额定容量所需的时间来表示。对于不同的蓄电池各有其规定的标准放电率。例如，对于汽车用蓄电池，一般用20h率容量，固定型或摩托车用蓄电池用10h率容量，牵引型（动力型）用5h率容量。②电流率也称倍率，是指电池放电时的放电电流的数值为额定容量值的倍数，如放电电流为0.1C20，对于120A·h(C20)的电池,即以0.1×120＝12(A)的电流放电,C的下角标表示放电时率。

2温度。蓄电池的容量及活性物质利用率随温度增加而增加，主要由电解液性能变化而引起。①温度降低，电解液粘度增大，使离子运动受到较大阻力，扩散能力降低，活性物质深处由于酸的缺乏，而得不到利用，导致容量下降；②电解液电阻随温度下降而增加，结果电池内阻增加，电压降增大，从而容量下降。

3终止电压。大电流放电时规定较低的终止电压，反之小电流放电则规定较高终止电压，用大电流放电时即使放电到电压相当低，但由于生成的硫酸铅较少，所以对极板也不会有损害，但用小电流长时间放电时硫酸铅明显增加，对于负极板，由于铅转化为硫酸铅时，每安时体积增加0.57×10－3L,二氧化铅转化为硫酸铅时,每安时体积增加0.43×10－3L,由于活性物质的膨胀产生应力,会造成极板弯曲或活性物质脱落,从而影响电池寿命,所以其放电终止电压应取较高的值。

5铅酸蓄电池的失效模式

⒈正极板栅的腐蚀变形

目前生产上使用的合金有三类：传统铅锑合金，Sb含量在4%～7%质量分数;低锑或超低锑合金,Sb含量在2%质量分数或低于1%质量分数,含有Sn、Cu、Se、S等变晶剂；铅钙系列，实际为Pb-Ca-Sn-Al四元合金，钙含量在0.06%～0.1%质量分数。

⒉正极活性物质脱落、软化

⒊不可逆硫酸盐化

4.负极汇流排的腐蚀

5.隔膜穿孔造成短路

6影响铅酸蓄电池寿命的因素（外部因素）

1.放电深度。放电深度即使用过程中放电到何程度开始停止，100%深度指放出全部容量。放电时活性物质体积膨胀，1molPbO2转化为1molPbSO4体积增加95%，这样反复收缩和膨胀，就使PbO2粒子之间相互结合逐渐松驰，易于脱落。若1molPbO2的活性物质只有20%放电，则收缩、膨胀的程度就大大降低，结合力破坏变缓慢，因此，放电深度越深，其循环寿命越短。

⒉过充电程度。过充电时有大量气体析出，这时正极板活性物质要遭受气体的冲击，这种冲击会促进活性物质的脱落；此外，正极板栅合金也遭受严重的阳极氧化而腐蚀，所以电池过充电时会使使用期限缩短。

⒊温度的影响。铅蓄电池寿命随温度升高而延长，在10～35℃间每升高1℃，大约增加5～6个充放电循环；在35℃～45℃之间每升高1℃可延长寿命25个循环以上；高于50℃则因负极硫化容量损失而降低了寿命。电池寿命在一定温度范围内随温度升高而增加，是因为容量随温度升高而增加。如果放电容量不变，则在温度升高时其放电深度降低，故寿命延长。

⒋酸浓度的影响。酸密度的增加，虽对正极板容量有利，但电池的自放电增加，板栅的腐蚀也加强，也促使PbO2的松散脱落，随着酸密度的增加，循环寿命下降。

⒌放电电流密度的影响。随着放电电流密度增加，电池寿命降低，因为在大电流密度和高酸浓度条件下，均使正极PbO2松散脱落。

7减少自放电的措施

⒈严格控制原材料的杂质，对铅、锑、硫酸、隔板等都有明确的标准，要求杂质不超过一定范围。

⒉严格控制生产过程中可能混入的杂质，使用的工具、设备、配酸及和膏用水都应有一定的管理制度。

3.使用新型板栅合金，如免维护电池和一些固定型蓄电池，采用铅钙合金，可以大大降低自放电。

8初充电。新的蓄电池在投入使用之前，必须进行初充电。这和正常充电不同，而是需要较长时间的特别充电。因为目前国内生产的蓄电池，除一部分为干荷极板外，还仍然有相当部分为放电式的极板，用这样极板装配的蓄电池,其负极板活性物质海绵状铅,在电池贮存过程中,有一部分受到空气中氧的氧化,而变成氧化铅和碱性碳酸铅,必须将其还原成铅,才能成为活性物质。一般在生产厂，经过化成的极板还要在化成槽中进行保护性放电，使电极表面生成硫酸铅薄膜，这层薄膜对负极活性物质的氧化具有相当的阻止作用，但在长期贮存中仍然不能避免被氧化，所以在投入使用之前必须将它还原为铅。进行初充电主要是由于负极板的需要，而正极板活性物质二氧化铅是比较稳定的，但也有二氧化铅含量不足的，有待充电时补充。初充电开始后约经45h，即将达到终期。大约在50h电压达到2.6V以上，水开始激烈分解，即在负极产生氢气，正极产生氧气，这就表明充电即将结束。其判别方法是每小时测量一次电池端电压和电解液密度，当连续三次其值不再变化时即可结束。初充电需要的时间以10h率充电时充电时间大约在40～60h。在充电终期电解液密度与规定值不同时，应该用1.400g/cm3的酸或纯水进行调整，使之达到规定值。

9一般充电方法

⒈恒流充电

在蓄电池进行试验和使用过程中，大部分采用恒流方法进行充电。在充电过程中随着电池电压的变化要调整电流使之恒定，一般采用10h率或20h率电流充电，最好用小电流长时间的充电模式。恒流充电方式的不足是，开始充电阶段电流过小，在充电后期充电电流又过大，整个充电时间长，析出气体多，对极板冲击大，能耗高，充电效率不超过65%，免维护的电池不宜于使用此方法。鉴于这个缺点，在国外，除非蓄电池需要长时间小电流进行活化充电之外，已经较少使用。

⒉恒压充电

此法是对每只单体电池以某一恒定的电压进行充电。因此充电初期电流相当大，随着充电进行，电流逐渐减小，在充电终期只有很小的电流通过，这样在充电过程中就不必调整电流。此方法较简单，因为充电电流自动减小，所以充电过程中析出气体量小，充电时间短，能耗低，充电效率可达80%，如充电电压选择得当，可在8h内完成充电，其缺点是：⑴在充电初期，如果蓄电池放电深度过深，充电电流会很大，不仅危及充电电机的安全，电池也可能因过流而受到损伤；⑵若充电电压选择过低，后期充电电流又过小，充电时间过长；⑶蓄电池端电压的变化很难补偿，充电过程中对落后电池的完全充电也很难完成。

⒊恒压限流充电

1.为补救恒压充电的缺点，广泛采用恒压限流的方法。在充电电源与电池之间串联一电阻，称为限流电阻，当电流大时，其上的电压降也大，从而减小了充电电压；当电流小时，用于电阻上的电压降也很小，充电设备输出的电压降损失就小，这样就自动调整了充电电流，使之不超过某个限度，充电初期的电流得到控制。此法也称为准恒压充电法，

10电池电压:铅蓄电池的公称电压是2V/单体，其实际开路电压与公称电压不一样，每一单体电池电压的大小与电池体积的大小无关，仅与硫酸电解液的浓度及活性物质的状态有关，电池出厂时，开路电压要求为不小于2.17V/单体，电池的开路电压会随有放时间的延长而下降，故在实际生产中，大于或等于2.15V/单体的电池可投入使用。

说明：电池的单体数=电池的加酸孔数=电池槽的单格数

11因蓄电池不良而引起白灯不（够）亮的因素。

1电池的电压过低：①充电不足、②隔墙穿孔（或其它形式短路）、③存放时间过长放电引起。

2硫酸电解液偏干，该现象主要表现为灯刚接上时亮度正常，但不一会儿，亮度下降很快，当去掉灯负载时，电压在较短的时间内可恢复正常。

3部分电池因无电状态存放过久，导致电池极板中活性物质失去活性。部分维修电池（无电存放过久或循环次数过多）有灯不（够）亮现象，该类电池不良现象与电解液偏干相类似。但有在根本差别：偏干现象加入电解液后电池的一切功能可恢复正常，而极板活性物质丧失活性后，加入硫酸电解液后，电池性能无明显改善。

4电池内部出现假焊、虚焊现象，该类现象主要表现为电流较大时不能通过，开路电压无明显规律。

5极少数电池会因装配过松出现灯亮度不稳定现象（该类电池极少）。