(一)行業發展概況

1、電池行業發展概況

電池制造業在我國既是傳統產業，又是新能源產業的重要組成部分，與新能源汽車、可再生能源、現代電子信息、新材料、裝備制造等多個戰略性新興產業關聯緊密，電池制造業也是我國國民經濟建設中最重要的基礎性產業，關系國計民生和建成小康社會的基礎;電池產品在適應我國新形勢下的國民經濟發展，保障特種戰略需要，滿足大眾工作、生活消費多樣化需求等方面，具有廣泛的應用領域和十分重要的作用，電池包括物理電池和化學電池。

物理電池是利用物理效應，將太陽能、熱能或核能直接轉換成直流電能的裝置，如太陽能電池、溫差發電器、核電池等;化學電池是一種將化學能直接轉變成直流電能的裝置，如鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鋅錳電池等。在電池中，化學電池是最主要的電池。化學電池按是否可以循環使用，分為一次電池和二次電池兩大類。

其中，一次電池是活性物質僅能使用一次的電池，又稱原電池，如鋅錳電池，堿錳電池等;二次電池可充電、循環使用，又稱蓄電池。蓄電池利用電池內活性物質在放電狀態下發生化學反應輸出電流，在充電狀態下發生逆向化學反應儲存電能。

蓄電池按電極材料和工作原理的不同，主要分為鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等四大類。其中，鉛酸蓄電池具有性價比高、容量大、功率高、壽命長、安全可靠等優點，是目前世界上產量最大、用途最廣的一種電池;鋰離子電池憑借能量密度高的優勢也占據一定的市場份額。

2、鉛酸蓄電池概述

(1)鉛酸蓄電池的構成和工作原理

鉛酸蓄電池由正極板、負極板、隔板、電解液、塑料槽等組成。鉛酸蓄電池正極活性物質為二氧化鉛(PbO2)，負極活性物質是鉛(Pb)，電解液是稀硫酸，正負極之間由隔板隔開，電解液中的離子可以通過隔板中的微孔，電極上的電子不能通過隔板。

鉛酸蓄電池放電后，正極板的活性物質二氧化鉛(PbO2)轉化成硫酸鉛(PbSO4)附著在正極板上，負極活性物質鉛(Pb)也轉化成硫酸鉛(PbSO4)附著在負極上，電解液中的硫酸擴散到極板中去，電解液的濃度降低。鉛酸蓄電池在充電時，發生相反的反應。通過充電、放電反應，鉛酸蓄電池可以反復使用，直到儲存的容量達不到電器的要求時，壽命終止。

鉛酸蓄電池單格電池(又稱單體電池)的標準電壓是2V。為滿足用電器高電壓的需要，電池常通過串聯組合成6V、12V等電池組;為滿足用電器高容量需要，常通過增加極板面積或將相同極板并聯焊成極群來實現。

將完全處于充電狀態的電池，按一定放電條件，放電到所規定電壓時所釋放出的電量稱為電池的容量，單位一般用安培小時(簡稱安時，用“Ah”表示)。電池釋放電量的能力稱為能量，為電池的容量乘以平均放電電壓，通常用伏安時(VAh)或千伏安時(kVAh)表示。

(2)鉛酸蓄電池的發明

1799年伏打(AlessandroVolta)用鋅片與銅片夾以鹽水浸濕的紙片組裝成電堆;1836年，丹尼爾(JohnFredericDaniell)利用伏打電堆的工作原理制成了第一個實用電池，標志著化學電池進入生產和生活中，但銅鋅體系的電池用完后不能充電供重復使用，阻礙了其更廣泛地應用。1801年，戈特洛(NicolasGautherot)在實驗中用伏打電堆和兩根鉑絲電解鹽水產生氫氣和氧氣，在其撤走電源并將兩根鉑絲直接接觸時，出現了短時間的反向電流(當時也被稱為二次電流，今稱放電電流)，但電流維持的時間太短，沒有實用價值。

1802年里特(JohannWilhelmRitter)用伏打電堆向一疊夾以鹽水浸濕紙片的銅片進行充電，在撤走電源后，其發現兩片銅片之間存在0.3V的電壓;之后再用金屬鉛、錫和銅替代銅片進行了實驗，均測到了不同的電壓值。1854年德國科學家辛斯特登(WilhelmJosephSinsteden)在使用多種電池進行研究時，認識到浸沒在硫酸中的鉛電極具有一定的儲能容量，即對電極充電之后可以向負載供電，并報道了其能量密度，但其未意識到這一發現的重要價值。

1859年，普蘭特(RaymondGastonPlante)獨立于辛斯特登發現并報道了從浸在硫酸溶液中并充電的一對鉛板，在撤去充電電流并加上負載后可以得到有效的放電電流，這個體系的放電電流在諸多電極-電解液體系中可以維持最長的時間，并且電壓也最高。普蘭特根據這一原理設計了具有實用價值的蓄電池，并在1860年向法國科學院展示了這一可充電電池，這標志著第一個可以重復使用的電池問世。1870年，發電廠開始使用直流發電機，并引入鉛酸蓄電池進行負載調峰，即在晚上充電，白天供電。

1879年愛迪生(ThomasEdison)發明了白熾燈，讓電力走進千家萬戶，同時激發了用戶在輸電線架設不到的地方使用電源的需求，這正是鉛酸蓄電池的應用場合。限于制造工藝，當時鉛酸蓄電池還無法大規模生產，但越來越多的研究者已開始參與鉛酸蓄電池的研究。從此，鉛酸蓄電池開始處于因市場需求而促進其研發的狀態，人們對它進行不斷地研究和改進，使其得到極大地發展。鉛酸蓄電池是迄今發展時間最長，技術最成熟的電池技術。

1881年，富萊(CamilleAlphonseFaure)和布魯希(CharlesFrancisBrush)二人制成涂膏式極板，即用鉛的氧化物和硫酸水溶液混合制成鉛膏涂在鉛板上，較好地防止了活性物質的脫落，使鉛酸蓄電池的制造工藝有了很大進步。1882年賽隆(JohnScudamoreSellon)采用鉛-銻(Pb-Sb)合金制造板柵，克服了由于充放電前后電極活性物質體積膨脹、收縮使得作為活性物質載體的板柵發生變形的問題，大大提高了電池極板的強度，使鉛酸蓄電池的壽命有了較大提高。

1970年之前，鉛酸蓄電池的極板需浸在可流動的硫酸中使用，在電池充電后期和過充電時，會發生電解水的副反應，氫氣和氧氣可無障礙地釋放出來，這帶來電解液失水，電池需定期維護的問題。于是研究人員一直試圖研制“密封式”鉛酸蓄電池，希望能克服上述問題。1957年德國陽光(Sonnenschein)發明了SiO2膠體密封鉛酸蓄電池，即閥控式密封鉛酸蓄電池(valve-regulatedlead-acidbatteries，VRLA)的Gel技術。

1971年美國蓋茨(Gates)公司發明了吸液式超細玻璃棉隔板(absorbedglassmat)即閥控式密封鉛酸蓄電池的AGM技術。Gel技術和AGM技術的閥控密封鉛酸蓄電池，實際解決了電池內部氧氣的復合循環問題，運行及安全性能遠遠超過之前的技術。VRLA從1973年于小型電池實現商業化之后至今，在外形及尺寸上均有了較大的發展，因而廣泛適用于眾多領域，成為蓄電池產品中的重要組成部分。

(3)鉛酸蓄電池的分類

按照應用領域劃分，我國的鉛酸蓄電池主要可分為備用電源電池、儲能電池、起動電池和動力電池四大類。備用電源電池是主要用于通訊備用電源、不間斷電源(UPS)、應急照明電源及其他備用電源的蓄電池。儲能電池指適用于供太陽能發電設備和風力發電機以及其他可再生能源的儲能用蓄電池。起動電池是主要應用于汽車、摩托車、燃油發動機起動、點火和照明的蓄電池。動力電池主要應用于電動自行車、電動特種車(電動游覽車、高爾夫車、巡警車、叉車等)、低速電動乘用車、混合電動車等電動車輛作為動力。

按照電池中極板的結構分為板式、管式和卷繞式等類別，分別稱為平板式電池、管式電池和卷繞式電池。此外，根據鉛酸蓄電池中電解液處于游離狀態和吸附(或固定)狀態，分為富液式蓄電池和貧液式蓄電池。貧液電池中，電解液吸附在玻璃纖維隔板中的蓄電池常設計成閥控密封式，稱為閥控式密封蓄電池;電解液用二氧化硅膠體固定的蓄電池稱為膠體電池。