新结构铅酸蓄电池.ppt

1、 陈红雨陈红雨 王富茜王富茜 熊正林熊正林华南师范大学化学与环境学院华南师范大学化学与环境学院 肇庆理士电源技术有限公司肇庆理士电源技术有限公司广东高校储能与动力电池产学研结合示范基地广东高校储能与动力电池产学研结合示范基地电化学储能电池材料与技术教育部工程中心电化学储能电池材料与技术教育部工程中心 新结构的铅酸蓄电池新结构的铅酸蓄电池 20102010年年4 4月月2525日日 南京南京 人类发展过程中面临的危机人类发展过程中面临的危机能源消耗能源消耗环境污染环境污染温室效应温室效应节能减排节能减排发展新能源发展新能源蓬勃发展的铅酸电池蓬勃发展的铅酸电池 铅酸电池在我们日常生活中具有广泛的应

2、用。无论产值还是销铅酸电池在我们日常生活中具有广泛的应用。无论产值还是销售额，铅酸蓄电池占所有化学电源的售额，铅酸蓄电池占所有化学电源的50%以上。以上。 自普兰特发明铅酸电池以来已有自普兰特发明铅酸电池以来已有150多年的历史了，铅酸蓄电多年的历史了，铅酸蓄电池是一匹老马，但是这匹老马老骥伏枥、志在千里，俞来俞显池是一匹老马，但是这匹老马老骥伏枥、志在千里，俞来俞显得生机勃勃得生机勃勃。蓬勃发展的铅酸电池蓬勃发展的铅酸电池 随着技术工艺和设备的更新换代，铅酸蓄电池逐步向清洁生随着技术工艺和设备的更新换代，铅酸蓄电池逐步向清洁生产和节能减排方向发展。产和节能减排方向发展。 由于科技的进步和技术

3、的革新，出现了新种类和新结构的铅由于科技的进步和技术的革新，出现了新种类和新结构的铅酸电池。酸电池。新结构的铅酸蓄电池新结构的铅酸蓄电池超级电池超级电池 铅酸蓄电池超级电池超级电池源于技术的结合源于技术的结合 超级电容器老当益壮的老当益壮的如日中天的如日中天的铅酸蓄电池铅酸蓄电池不对称超级电容器不对称超级电容器超级电池的关键技术超级电池的关键技术 寻找在硫酸中稳定的高容量的炭材料。寻找在硫酸中稳定的高容量的炭材料。 超级电池的权威研究者超级电池的权威研究者Lam认为对炭材料的要求：成本低，认为对炭材料的要求：成本低，电容量大，循环寿命长，析氢速率低，足够大的机械强度，电容量大，循环寿命长，析氢

4、速率低，足够大的机械强度，同铅酸蓄电池具有相似的工作电位。同铅酸蓄电池具有相似的工作电位。 Pb-C在硫酸中的复合。在硫酸中的复合。超级电池的结构超级电池的结构1-Pb1-Pb负极板负极板2-PbO2-PbO2 2正极板正极板3-3-电容器负极板电容器负极板4-4-电池盒体电池盒体5-AGM5-AGM隔板隔板6-6-微孔聚合物隔板微孔聚合物隔板7-7-电解液电解液8-8-正极柱线正极柱线9-9-负极柱线负极柱线超级电池的结构超级电池的结构2-PbO2-PbO2 2正极板正极板3-Pb3-Pb负极板负极板103-103-电容器负极板电容器负极板23-23-电容器负极板电容器负极板超级电池负极板的

5、设计超级电池负极板的设计 将炭粉和铅粉等其他成分按照一定比例混合，制成双性极将炭粉和铅粉等其他成分按照一定比例混合，制成双性极板。板。 应用性能优越的炭制成炭板，直接插入到电池中，与铅负应用性能优越的炭制成炭板，直接插入到电池中，与铅负极板复合组成双性负极板。极板复合组成双性负极板。 在原有极板基础上表面电渗析一层薄碳在原有极板基础上表面电渗析一层薄碳(C)，作为电容电，作为电容电极，内层为极，内层为Pb，作电池电极。，作电池电极。超级电池负极板的设计超级电池负极板的设计 通过比较第三代双性负极板性能最佳，现通过比较第三代双性负极板性能最佳，现有电池工厂不用进行额外投资就可以大规模生有电池工厂

6、不用进行额外投资就可以大规模生产，只是工艺配方进行调整，因此可以立即投产，只是工艺配方进行调整，因此可以立即投产。产。超级电池负极板的制造工艺超级电池负极板的制造工艺 超级电池负极板的配方按重量百分比及其各组份间的比例超级电池负极板的配方按重量百分比及其各组份间的比例铅粉：硫酸钡：腐植酸：木素：硬脂酸：乙炔黑：碳纤维铅粉：硫酸钡：腐植酸：木素：硬脂酸：乙炔黑：碳纤维等于等于100：0.6-1.2：0.2-0.6：0.1-0.5:0.2-0.5：0.1-0.6:0.5-0.8 。和膏和膏 （60-65）固化固化 48h（温度（温度60-65,相对湿度为相对湿度为85-95% ）化成化成 （电解液

7、中加入（电解液中加入0.05-0.12%的胶状纳米碳的胶状纳米碳 ），渗析），渗析超级电池性能评价超级电池性能评价 国内外对于超级电池的性能进行了广泛的实验室研究测试，国内外对于超级电池的性能进行了广泛的实验室研究测试，以及安装到电动车上进行实地试验，对超级电池性能有准以及安装到电动车上进行实地试验，对超级电池性能有准确的评估。确的评估。 优点优点: : 电池成本低，寿命长、安全可靠、储存能量大电池成本低，寿命长、安全可靠、储存能量大, ,工工作温度范围宽（作温度范围宽（-40-50-40-50摄氏度）、可以大电流放电，充电摄氏度）、可以大电流放电，充电速度快、绿色环保。速度快、绿色环保。 缺

8、点缺点: : 自放电较大，正极腐蚀比较严重。自放电较大，正极腐蚀比较严重。超级电池的发展现状超级电池的发展现状超级电池由澳大利亚超级电池由澳大利亚CSIROCSIRO研发。研发。CSIROCSIRO授权于日本古河蓄电池股份有限公司授权于日本古河蓄电池股份有限公司, ,古河公司已经成古河公司已经成功开发出阀控式超级电池和富液式超级电池，并用于混合动功开发出阀控式超级电池和富液式超级电池，并用于混合动力汽车的试验中力汽车的试验中 , ,将会把这项技术在日本和泰国公开。将会把这项技术在日本和泰国公开。在奥巴马在奥巴马“下一代下一代”电池和电动车计划中电池和电动车计划中, ,East Penn Eas

9、t Penn 公司公司得到得到32503250万美元资助研发万美元资助研发铅酸电池与超级电容器集成的超级铅酸电池与超级电容器集成的超级电池电池, ,将会把这项技术在美国、加拿大、墨西哥等地推广。将会把这项技术在美国、加拿大、墨西哥等地推广。华南师范大学超级电池的研究有较大进展，已经进入电池实华南师范大学超级电池的研究有较大进展，已经进入电池实验阶段。验阶段。 不同电池的成本比较不同电池的成本比较超级电池性价比最高，具有很好的应用前景。超级电池性价比最高，具有很好的应用前景。新结构的铅酸蓄电池新结构的铅酸蓄电池 Pb-C电池电池Pb-C电池电池 将炭粉和铅粉等其他成分按照一定比例混合，制成双性极

10、将炭粉和铅粉等其他成分按照一定比例混合，制成双性极板。板。 位于美国宾夕法尼亚州纽卡斯尔的位于美国宾夕法尼亚州纽卡斯尔的Axion电源公司正准备电源公司正准备生产一种基于铅一碳生产一种基于铅一碳(PbC)技术的新型蓄电池技术的新型蓄电池,也可以理解也可以理解Pb-C电池为一种特殊的超级电池，因为二者机理是相同电池为一种特殊的超级电池，因为二者机理是相同的。的。 美国美国2424亿美元的亿美元的电池和电动车计划中，电池和电动车计划中，ExideExide公司和公司和AxionAxion公司公司得到得到34303430万美元资助，用于铅万美元资助，用于铅- -炭电极技术生产先进炭电极技术生产先进铅

11、酸蓄电池满足微混和中混电动车要求。铅酸蓄电池满足微混和中混电动车要求。Pb-C电池的结构和特点电池的结构和特点特点：循环寿命长；快速充电；消除负极硫酸盐化；较轻重特点：循环寿命长；快速充电；消除负极硫酸盐化；较轻重量；较高功率；成本低。量；较高功率；成本低。美国美国Pb-C电池应用于电池应用于HONDA CIVIC混合电动车混合电动车D. Karner, etc,13th Asian Battery Conference, Macau, Sept. 2009D. Karner, etc,13th Asian Battery Conference, Macau, Sept. 2009美国美国Pb

12、-C电池应用于电池应用于HONDA CIVIC混合电动车混合电动车Pb-C电池的研究热点电池的研究热点u高比表面积的炭材料研制高比表面积的炭材料研制u在密度为在密度为1.28的硫酸电解液中体现超级电容性能的炭材料的硫酸电解液中体现超级电容性能的炭材料u炭材料在负机铅膏中的混合（加入量，加入方法，黏接剂，炭材料在负机铅膏中的混合（加入量，加入方法，黏接剂，极板的生产工艺）极板的生产工艺）u高比表面积的炭材料有助于减少负极板的硫酸盐化高比表面积的炭材料有助于减少负极板的硫酸盐化 部分荷电状况下负极板寿命的显著延长：部分荷电状况下负极板寿命的显著延长：通过添加高比表面积的炭材料通过添加高比表面积的炭

13、材料 促进其他铅酸蓄电池负极铅膏配方中新型促进其他铅酸蓄电池负极铅膏配方中新型炭材料的研制炭材料的研制新结构的铅酸蓄电池新结构的铅酸蓄电池 双极性铅酸蓄电池双极性铅酸蓄电池双极性铅酸蓄电池的结构双极性铅酸蓄电池的结构 双极性铅酸蓄电池主要指的是双极性电极双极性铅酸蓄电池主要指的是双极性电极是一面有正极是一面有正极活性物质而另一面有负极活性物质的坚实薄片极板。活性物质而另一面有负极活性物质的坚实薄片极板。双极性电极的设计双极性电极的设计双极性电极的设计双极性电极的设计双极性铅酸蓄电池的应用双极性铅酸蓄电池的应用双极性铅酸蓄电池的特点双极性铅酸蓄电池的特点铅耗下降，比能量提高铅耗下降，比能量提高;

14、内阻减少；内阻减少；电解液足够，避免热失控电解液足够，避免热失控;简化生产工艺，减少污染环境简化生产工艺，减少污染环境;在电动汽车上使用成为可能。在电动汽车上使用成为可能。新结构的铅酸蓄电池新结构的铅酸蓄电池卷绕式铅酸蓄电池卷绕式铅酸蓄电池1.产品：江苏双登电源实现卷绕式电池（圆柱型电池）产业化产品：江苏双登电源实现卷绕式电池（圆柱型电池）产业化2.设备：江苏省江阴市东顺机械有限公司实现卷绕式电池（圆设备：江苏省江阴市东顺机械有限公司实现卷绕式电池（圆柱型电池）生产设备柱型电池）生产设备连铸连轧的国产化连铸连轧的国产化卷绕式铅酸蓄电池结构卷绕式铅酸蓄电池结构 卷绕式铅酸蓄电池是螺旋型结构，卷绕

15、式铅酸蓄电池是螺旋型结构， 采用压延铅合金的方采用压延铅合金的方式制造出了很薄的铅箔作为极板基片，将正极板、隔板、式制造出了很薄的铅箔作为极板基片，将正极板、隔板、负极板交替叠放卷绕在一起，负极板交替叠放卷绕在一起， 如图：如图：卷绕式铅酸蓄电池的制造工艺卷绕式铅酸蓄电池的制造工艺 连铸连轧连续生产，工艺简化，可实连铸连轧连续生产，工艺简化，可实现节能减排与清洁生产现节能减排与清洁生产 紧装配结构紧装配结构 高倍率放电高倍率放电 充电接受能力很强充电接受能力很强 低温性能好低温性能好卷绕式铅酸蓄电池的性能特点卷绕式铅酸蓄电池的性能特点卷绕式铅酸蓄电池的性能特点卷绕式铅酸蓄电池的性能特点 具有安

16、全性好，瞬时输出功率高，气体溢出少的特点；具有安全性好，瞬时输出功率高，气体溢出少的特点； 卓越的高低温性能，可在一卓越的高低温性能，可在一5575下工作；下工作； 由于内阻极低，充电非常迅速：由于内阻极低，充电非常迅速：40 min内可充入内可充入95%以上以上的电量，自放电极小；的电量，自放电极小； 超长寿命，设计浮充寿命可达超长寿命，设计浮充寿命可达8年以上；年以上； 由于卷绕式铅酸蓄电池的活性铅面积非常大，故其放电后由于卷绕式铅酸蓄电池的活性铅面积非常大，故其放电后的恢复能力也极强。的恢复能力也极强。 太阳能与风能太阳能与风能独立发电系统储能用电池独立发电系统储能用电池 汽车起动用电池

17、汽车起动用电池(寒冷地区寒冷地区) 小密电池小密电池(电动工具电动工具)卷绕式铅酸蓄电池应用领域卷绕式铅酸蓄电池应用领域 新结构的铅酸蓄电池新结构的铅酸蓄电池 管式胶体蓄电池管式胶体蓄电池管式极板和电池的结构管式极板和电池的结构管式正极板PVC-SiO2隔板涂膏式负极板管式胶体电池内部结构管式蓄电池的制作工艺管式蓄电池的制作工艺管式胶体蓄电池性能特点管式胶体蓄电池性能特点采用此种设计可以提采用此种设计可以提高活性物质的利用率，高活性物质的利用率，减少活性物质的脱落；减少活性物质的脱落；提高胶体电池的容量提高胶体电池的容量和循环寿命；和循环寿命；采用此种设计用更多采用此种设计用更多的活性物质，生

18、产成的活性物质，生产成本提高本提高问题：胶体密封电池成本比问题：胶体密封电池成本比AGMAGM密封电池高密封电池高努力方向：努力方向：1. 1. 尽量降低纳米气相尽量降低纳米气相SiOSiO2 2的制造成本的制造成本2. 2. 尽快研制开发胶体电池用隔板，实现国产化尽快研制开发胶体电池用隔板，实现国产化华南师范大学已经完成胶体电池专用隔板的实验室华南师范大学已经完成胶体电池专用隔板的实验室研究，即将实施产业化。研究，即将实施产业化。胶体铅酸电池的问题胶体铅酸电池的问题薄极板纯铅锡技术薄极板纯铅锡技术(TPPL)VRLA(TPPL)VRLA蓄电池蓄电池EnerSysEnerSys公司的薄极板纯铅

19、锡技术公司的薄极板纯铅锡技术(TPPL)VRLA(TPPL)VRLA蓄电池具有很多无与伦比的性蓄电池具有很多无与伦比的性能优点，其中包括优良的发动机起动能力、能优点，其中包括优良的发动机起动能力、长期的搁置寿命、持久的循环寿命和储备长期的搁置寿命、持久的循环寿命和储备容量。此外，还有很好的深放电恢复能力、容量。此外，还有很好的深放电恢复能力、快速充电能力和耐振动能力。薄极板技术快速充电能力和耐振动能力。薄极板技术使得在标准尺寸内能够装下更多的极板，使得在标准尺寸内能够装下更多的极板，使蓄电池能够提供很大的电流。使蓄电池能够提供很大的电流。碳碳- -石墨石墨- -泡沫铅酸蓄电池泡沫铅酸蓄电池 美

20、国美国FireflyFirefly能源股份有限公司开发了一种创新的碳能源股份有限公司开发了一种创新的碳- -石墨石墨- -泡沫铅酸蓄电池。这种电池技术使用了一种三维高表面泡沫铅酸蓄电池。这种电池技术使用了一种三维高表面积泡沫材料。该材料可使铅酸电池释放出很高的电势。这积泡沫材料。该材料可使铅酸电池释放出很高的电势。这种蓄电池技术在性能上能够与任何其它的先进化学电源相种蓄电池技术在性能上能够与任何其它的先进化学电源相匹敌，而且更加关注环境问题，铅含量降低多达匹敌，而且更加关注环境问题，铅含量降低多达2 23 3。职工的血铅与尿铅问题职工的血铅与尿铅问题p昨天（昨天（2010年年4月月24日江西南昌报纸报道日江西南昌报纸报道蓄电池装配车间烧焊工尿铅超标问题蓄电池装配车间烧焊工尿铅超标问题p铅中毒最主要工序：烧焊工序铅中毒最主要工序：烧焊工序p汇流排由烧焊改为铸焊是环保的要求也是汇流排由烧焊改为铸焊是环保的要求也是结构的要求结构的要求 铸焊机全面推广应用时机成熟：铸焊机全面推广应用时机成