双极陶瓷隔膜蓄电池的研究

双极陶瓷隔膜铅蓄电池的开发1双极陶瓷隔膜铅蓄电池的开发

2主要内容1、前言2、双极蓄电池结构介绍3、双极蓄电池的制作工艺4、双极蓄电池性能5、双极蓄电池的特点与优势6、双极电池发展前景展望31、前言传统的铅酸蓄电池一直存在着质量比能量较低的缺点，使其在某些应用领域受到限制，但其有着技术成熟，价廉物美，材料可再循环利用的优势。双极陶瓷隔膜铅蓄电池的研究开发，就能够大量降低蓄电池的铅耗，提高铅酸电池的重量比能量。同时双极电池在充电速率、体积比能量上的大大改善，为铅酸蓄电池作为新能源汽车尤其是混合动力汽车的动力电源，提供了广阔的发展前景。1、前言42、双极蓄电池结构介绍2.1传统电池传统电池是由若干正极板（序号3）和负极板（序号2）通过串并联连接来获得所需的电压和容量而构成的。电池单格内有若干并联的正极板和并联的若干负极板交差，中间通过隔板（序号4）隔离组成，单格间由电池槽的隔墙（序号7）来绝缘隔离，活性物质上的电流沿板栅传导，通过极耳汇集汇流排（序号5），再经单体间的联接件，最后到达端极柱（序号6）。电流沿这些路径通过时就会有一些能量被吸收，最后在引出端子上得到的能量就减少了。电池外部是由一个整体的ABS塑壳（序号1）承载各单个极群.图1传统电池内部结构剖视图52、双极蓄电池结构介绍2.2双极板双极性极板是由中间的导电基体与一面的正极活性物质和另一面的负极活性物质组成，其关键在于中间导电基体材料的选择，材料要求具有能耐高温、耐酸性、气密性好、高强度、容易加工、成型工艺多等优点，我们目前所用基体是由英国Atraverda公司提供。图2双极板示意图62、双极蓄电池结构介绍2.3双极电池图3双极电池示意图如图3所示的12V双极性蓄电池结构示意图，本电池由6个单格电池构成，每个单格中间是AGM隔板，用于隔离正负极活性物质和吸附电解液的作用，各单格以一片AGM隔板为中心，两则分别为正极活性物质和负极活性物质面面相对，构成一对电化学反应的电极，而各单格之间的电解液隔离绝缘及单体导电连接是由双极板中间的导电基体来实现的；首先导电基体隔离相邻两单格的电解液，使单格间不会串液，基体具有良好的导电性，两个单格间的串联通过基体实现，依次形成多个单格的串联，最后在靠边的基体上分别引出正负极端子。72、双极蓄电池结构介绍2.4双极电池结构特点图4双极电池示意图如图3所示的12V双极性蓄电池结构示意图，双极电池与传统铅酸电池相比，没有极板耳、汇流排、串联连接件、正负极活性物质共用同一导电载体等，减少了铅耗，使电池重量减轻成为可能，双极板的基体替代了传统电池槽单格间的隔墙，节省了ABS材料，这些结构特点，提高了电池的比能量，节省了材料，降低了成本。电池单格间通过基体导电，导电截面积大，距离短，与传统电池相比，双极性蓄电池单格电池内的电阻，约是普通电池总电阻的五分之一，内阻减小使蓄电池的大功率输出性能提高，可以驱动电动汽车。83、双极蓄电池的制作工艺流程涂板固化粘结装配密封压紧外观处理加液化成充电图5制作流程图94、双极蓄电池的性能双极蓄电池结构上特点，使其重量比能量显著提高

图5为双极蓄电池12V10Ah（电池重3.5kg）各小时率的放电曲线。4.1双极电池的容量图6各小时率放电曲线20小时率放电，比能量达到：55wh/kg

5小时率放电，比能量达到：48wh/kg

2小时率放电，比能量达到：45wh/kg

比普通铅酸蓄电池比能量高出50%104、双极蓄电池的性能双极蓄电池因电池内阻小，正负极活性物质中间导电载体——基体截面积非常大，加之紧装配压力大，从而能够持续保持优异的低温充电接受能力。4.2双极电池的低温充电接能力普通铅酸蓄电池低温充电接受能力，

充电电流ICA与C2/10的比值大于2.0，实际测量一般在2-3左右，

双极蓄电池低温充电接受能力达到5.0以上。可以满足蓄电池快充的要求114.3双极电池的循环寿命双极蓄电池在循环寿命方面也给出了较好的性能。这是12V10Ah的双极性阀控密封电池，按照DOD100%进行循环寿命的测试。放电制度：5.0A放电到10.5V终止。充电制度：恒流2.0A限压15.0V，充电8h。终止条件：连续三次放电容量低于额定容量的80%时结束。表1双极性电池循环寿命曲线双极蓄电池DOD100%循环寿命大于450次。DOD80%循环寿命可达1000次。4、双极蓄电池的性能124、双极蓄电池的性能双极蓄电池没有了普通铅酸电池的极耳、汇流排、铅零件等铅材料，为铅耗在蓄电池中所占比例由75%降低到50%左右。4.4双极电池的单位AH耗铅量少普通铅酸蓄电池每Ah耗铅量约为：0.3~0.32kg

双极铅酸蓄电池每Ah耗铅量约为：0.165~0.2kg相同容量蓄电池，双极蓄电池可节铅30%135、双极蓄电池的特点与优点①双极铅蓄电池比传统铅蓄电池减少用铅量30%。

②与传统铅蓄电池比，双极蓄电池重量降低20%。

③更高的重量比能量，使得双极性蓄电池作为电动汽车驱动，续行里程显著增加，一次充电续行完全有能力达到300km以上；

④安全性能高，双极性蓄电池是阀控式密封结构，不漏液，与普通阀控密封电池机理相同，但中间隔膜较厚，可存电解液量更大，避免了电池的热失控问题。

⑤双极蓄电池内阻小，导电截面积大，具有优异的高倍率输出性能，也可以作为汽车起动用途。

⑥使用寿命长，是目前EV、HEV最理想的动力驱动电源。146、双极蓄电池发展前景展望6.1双极蓄电池的开发制造，目前还处于起步阶段，全部制造过程均为人工操作，效率低，还需要有更专业的机器设备与之配套开发，实现极板制造、电池装配及化成充电等的机械化生产。6.2双极电池额定电压调整灵活方便，无需增加过多成本。6.3双极电池过程生产工艺简单，容量高、寿命延长，能满足动力电池使用要求。6.4通过双极蓄电池的试制、试验，其与常规电池比，降低了铅耗与环境污染，减少了生产工序，综合成本优势明显，发展潜力巨大。6