赛特蓄电池BT-HSE-150-6/6V150AH总代理商

赛特蓄电池电源有限公司是国内较早研发和生产阀控式密封铅酸蓄电池的企业之一。 公司创建于1997年，座落在福建省泉州市洛江区，占地总面积22000平方米，建筑面积20000多平方米。公司注册资本3000万元，现有资产7000万元元，年产值达1.5亿元以上。

1  历史的简单回顾

   铅酸蓄电池从问世到如今，一直是军用民用领域中使用较广泛的化学电源。由于它使用硫酸电解液，运输过程中会有酸液流出，充电时会有酸雾析出来，对环境和设备造成损害，人们就试图将电解液“固定”起来，将电池“密封”起来，于是使用胶体电解液的铅酸蓄电池应运而生。

    初期的胶体铅蓄电池使用的胶体电解液是由水玻璃制成的，然后直接加到干态铅蓄电池中。这样虽然达到了“固定”电解液或减少酸雾析出的目的，但却使电池的容量较原来使用自由电解液时的电池容量要低20%左右，因而没有被人们所接受。

我国在50年代也开展了初期胶体电池的研制工作，到60年代末也就基本上停止了。然而70年代后期至80年代，国内又有一些非电池行业界的人利用媒体大肆鼓吹自己发明了固体电解质的铅蓄电池，宣称使电池容量和寿命提高1倍。这种经不起

事实检验的肥皂泡式的“发明创造”，不仅未能使铅蓄电池性能有所提高，而且还败坏了胶体蓄电池的名声。

    几乎在研制胶体电池的同时，采用玻璃纤维隔膜的阴极吸收式密封铅蓄电池却诞生了，它不但使铅蓄电池消除了酸雾，而且还表现出内阻小、大电流放电特性好的优点。因而在国民经济中，尤其是原来使用固定型铅蓄电池的场合，得到了迅速的推广和应用，于是人们就把胶体铅蓄电池抛在脑后了。

    80年代，德国阳光公司的胶体密封铅蓄电池产品进入中国市场，多年来使用效果表明它的性能确实不同于以前的胶体铅蓄电池。这就迫使人们要重新认识胶体铅蓄电池。

    本文将根据近年来的两种阀控式密封铅蓄电池的研制、生产和使用效果对它们进行比较，供选用电池的同事们作参考。

2  电池的工作原理

    不论是采用玻璃纤维隔膜的阀控式密封铅蓄电池(以下简称AGM密封铅蓄电池)还是采用胶体电解液的阀控式密封铅蓄电池(以下简称胶体密封铅蓄电池)，它们都是利用阴极吸收原理使电池得以密封的。

    电池充电时，正极会析出氧气，负极会析出氢气。正极析氧是在正极充电量达到70%时就开始了。

析出的氧到达负极，跟负极起下述反应，达到阴极吸收的目的。

    2Pb十O2=2PbO

    2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20

    负极析氢则要在充电到90%时开始，再加上氧在负极上的还原作用及负极本身氢过电位的提高，从而避免了大量析氢反应。

    对AGM密封铅蓄电池而言，AGM隔膜中虽然保持了电池的大部分电解液，但必须使10%的隔膜孔隙中不进入电解液。正极生成的氧就是通过这部分孔隙到达负极而被负极吸收的。

    对胶体密封铅蓄电池而言，电池内的硅凝胶是

以SiQ质点作为骨架构成的三维多孔网状结构，它将电解液包藏在里边。电池灌注的硅溶胶变成凝胶后，骨架要进一步收缩，使凝胶出现裂缝贯穿于正负极板之间，给正极析出的氧提供了到达负极的通道。

    由此看出，两种电池的密封工作原理是相同的，其区别就在于电解液的“固定”方式和提供氧气到达负极通道的方式有所不同。

3  电池结构和工艺上的主要差异

    AGM密封铅蓄电池使用纯的硫酸水溶液作电解液，其密度为1.29—1.3lg/cm3。除了极板内部吸有一部分电解液外，其大部分存在于玻璃纤维膜之中。为了给正极析出的氧提供向负极的通道，必须使隔膜保持有10%的孔隙不被电解液占有，即贫液式设计。为了使极板充分接触电解液，极群采用紧装配的方式。

    另外，为了保证电池有足够的寿命，极板应设计得较厚，正板栅合金采用Pb'-q2w-Srr--A1四元合金。

    胶体密封铅蓄电池的电解液是由硅溶胶和硫酸配成的，硫酸溶液的浓度比AGM式电池要低，通常为1.26～1.28g/cm3。电解液的量比AGM式电池要多20%，跟富液式电池相当。这种电解质以胶体状态存在，充满在隔膜中及正负极之间，硫酸电解液由凝胶包围着，不会流出电池。

    由于这种电池采用的是富液式非紧装配结构，正极板栅材料可以采用低锑合金，也可以采用管状电池正极板。同时，为了提高电池容量而又不减少电池寿命，极板可以做得薄一些。电池槽内部空间也可以扩大一些。

4  电池放电容量

    初期的胶体蓄电池的放电容量只有富液式电池的80%左右，这是由于使用性能较差的胶体电解液直接灌人未加改动的富液式电池之中，电池的内阻较大，电解质中离子迁移困难引起的。

    近来的研究工作表明，改进胶体电解液配方，控制胶粒大小，掺人亲水性高分子添加剂，降低胶液浓度提高渗透性和对极板的亲合力，采用真空灌装工艺，用复合隔板或AGM隔板取代橡胶隔板，提高电池吸液性；取消电池的沉淀槽，适度增大极板面积活性物质的含量，结果可使胶体密封电池的放电容量达到或接近开口式铅蓄电池的水平。

    AGM式密封铅蓄电池电解液量少，极板的厚度较厚，活性物质利用率低于开口式电池，因而电池的放电容量比开口式电池要低10%左右。与当今的胶体密封电池相比，其放电容量要小一些。

  5  电池内阻及大电流放电能力铅蓄电池的内阻是由欧姆内阻、浓差极化内阻、电化学极化内阻组成的。前者包括极板、铅零件、电解液、隔极电阻。AGM密封铅蓄电池所用的玻璃纤维隔板具有90%的孔率，硫酸吸附其内，且电池采用紧装配形式，离子在隔板内扩散和电迁移受到的阻碍很小，所以AGM密封铅蓄电池具有低内阻特性，大电流快速放电能力很强。

    胶体密封铅蓄电池的电解液是硅凝胶，虽然离子在凝胶中的扩散速度接近在水溶液中的扩散速度，但离子的迁移和扩散要受到凝胶结构的影响，离子在凝胶中扩散的途径越弯曲，结构中孔隙越狭窄，所受到的阻碍也越大。因而胶体密封铅蓄电池内阻要比AGM密封铅蓄电池要大。

    然而试验结果表明胶体密封铅蓄电池的大电流放电性能仍然很好，*有关标准中对密封电池大电流放电性能的要求。这可能是由于多孔电极内部及极板附近液层中的酸和其他有关离子的浓度在大电流放电时起到关键性的作用。

  6  热失控

    热失控指的是：电池在充电后期(或浮充状态)由于没有及时调整充电电压，使电池的充电电流和温度发生一种累积性的相互增强作用，此时电池的温度急剧上升，从而导致电池槽膨胀变形，失水速度加大，甚至电池损坏。

    上述现象是AGM密封铅蓄电池在使用不当时.

  而出现的一种具有很大破坏性的现象。这是由于AGM密封铅蓄电池采用了贫液式紧装配设计，隔板中必须保持10%的孔隙不准电解液进入，因而电池内部的导热性差，热容量小。充电时正极产生的氧到达负极和负极铅反应时会产生热量，如不及时导走，则会使电池温度升高；如若没有及时降低充电电压，则充电电流就会加大，析氧速度增大，又反过来使电池温度升高。如此恶性循环下去，就会引起热失控现象。

    对于开口式铅蓄电池而言，由于不存在阴极吸收氧气现象，再加上其电解液量比较大，电池散热容易，热容量也大，当然不会出现热失控现象。胶体密封铅蓄电池的电解液量用得和开口式铅蓄电池相当，极群周围及与槽体之间充满凝胶电解质，有较大的热容量和散热性，不会产生热量积累现象。

德国阳光公司的胶体密封铅蓄电池进入中国市场已有十余年，几家代理商均说没有听到用户反映电池有热失控现象。

7  使用寿命

    影响阀控式密封铅蓄电池使用寿命的因素很多，既有电池设计和制造方面的因素，又有用户使用和维护条件方面的因素。就前者而言，正极板栅耐腐蚀性能和电池的水损耗速度乃是两个主要的因素。由于正板栅的厚度加大，采用Pb—Ca—Sn--A1四元耐蚀合金，则根据板栅腐蚀速度推算，电池的使用寿命可达10～15年。然而从电池使用结果来看，水损耗速度却成为影响密封电池使用寿命的关键性因素。

    对于AGM密封铅蓄电池而言，由于采用贫液式设计，电池容量对电解液量极为敏感。电池失水10%，容量将降低20%；损失25%水份，电池寿命结束。然而胶体密封铅蓄电池采用了富液式设计，电解液密度比AGM密封铅蓄电池低，降低了板栅

合金腐蚀速度；电解液量也比后者多15%～20%，对失水的敏感性较低。这些措施均有利于延长电池使用寿命。根据德国阳光公司提供的资料，胶体电解液所含的水量足以使电池运行12～14年。电池投入运行的*年，水损耗4%—5%，随后逐年减少，4年之后总的水耗损只有2%。OP2V型密封电池在2.27V/单体条件下浮充运行10年后，其容量还有90%。从国内一些邮电通信部门的反映来看，虽然阳光公司的胶体密封铅蓄电池售价较高，但其使用寿命却长于国产的AGM密割·铅蓄电池。

8  复合效率

    复合效率是指充电时正极产生的氧气被负极吸收复合的比率。充电电流、电池温度、负极特性和氧气到达负极的速度等因素，均会影响密封电池的气体复合效率。

    根据德国阳光公司提供的胶体密封铅蓄电池产品说明书介绍，胶体密封铅蓄电池产品使用初期，氧复合效率较低，但运行数月之后，复合效率可达95%以上。这种现象也可以从电池的失水速度得到验证，胶体密封铅蓄电池运行*年失水速度

较大，达到4%～5%，以后逐渐减少。造成上述特性的主要原因，看来胶体电解质在形成初期，内部没有或极少有裂缝，没有给正极析出的氧提供足够的通道。随着胶体的逐渐收缩，则会形成越来越多的通道，那么氧气的复合效率必然逐渐提高，水损耗也必然减少。

    AGM式密封铅蓄电池隔膜中有不饱和空隙，提供了大量的氧气通道，因而其氧气复合效率很高，新电池可以达到98%以上。

9 选用货真价实的胶体密封铅蓄电池

    以上谈及的胶体密封铅蓄电池的一些特性，乃是当今国内外新一代胶体密封铅蓄电池才具有的性质。这种电池使用的胶体电解质在性能上有别于早期胶体电池使用的胶体电解质，后者是用普通水玻璃制成的，或由一般市售的硅溶胶配成的。此外，新一代胶体密封铅蓄电池的结构和选材上也不同于一般的铅蓄电池。

    从目前的国内外技术发展水平来看，做一个胶体铅蓄电池是不难的，然而要做一个好的胶体密封铅蓄电池却是不容易的，其中的技术诀窍是任何厂家都不愿透露的。用户在选用胶体密封铅蓄电池。时，务必小心从事。

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 对于VRLA(阀控式密封铅酸)电池的使用寿命，现在许多厂家都保证小型电池3年以上，中型5年以上，大型10年以上。但在VRLA电池的生产初期，电池失效的投诉曾经影响了VRLA电池的使用，ALABC经过近6年的努力，终于找到引起VRLA电池失效的原因。

    
   以前的VRLA电池，其放电循环寿命只有50-75次，很少的产品能超过250次放电循环。现在随着新的设计和充电原则的采用，VRLA电池的循环寿命已经超过300次，特殊的设计已超过800次循环寿命。

2  早期容量损失(PCL)

    
   VRLA电池的主要问题是未达到预期的寿命，容量就达不到要求。三种PCL现象称为PCL—1，PCL—2，PCL—3。PCL—1是关于正极板的活性物质和板栅界面的问题，PCL—2是在循环使用或浮充使用中正极板的活性物质膨胀和降级，PCL—3是在*充电状态下，负极板的再充电能力问题。  

 
   (1)PCL—1：接触问题

    在10～50次循环中，容量突然损失，电池性能下降，这种情况被称为“无Sb效应”。PCL—1是由于不良导电层引起的，这种不良导电层具有高的电阻，局限了活性物质的放电。

    在Pb—Ca合金中加入Sn能显著地改善正板栅的腐蚀电阻，当Sn的加入量为1．5％时，极化电阻低。  Sn的作用机理是在板栅的次边界上偏析以及被氧化成SnO：，深入PbO：中的SnO₂不发生化学反应，从而为PbSO₂充电时提供导电途径。大量增加Sn的含量不仅使成本上升，板栅的抗腐能力增加，也会使板栅在涂板、固化和化成时造成结合力下降。

    (2)PCL—2：活性物质的影响

    PCL—2是由于活性物质之间的接触恶化，电阻增加而导致容量损失，在循环中，正极板活性物质膨胀，放电越深、越快，活性物质膨胀越快，容量损失越快，随着高倍率的放电和大量的过充电，使这种现象变得更严重。

    (3)PCL—3：负极影响

    PCL—3是由于负极缺少再充电，其底部1／3的地方硫酸盐化，从而导致容量损失。

    这种现象发生在200”250次循环时，导致电池的低电压，这时增加过充电，氧气生成、传输、化合都增加，负极产生去极化作用，负极的极化电位降低。

3  认识VRLA蓄电池的三个基本观点

    大家都知道，通过参比电极，我们能测量单格电池中正、负极的独立电极电位，这种方法在富液电池中比较容易，但使用Hg/Hg：SO₄参比电极也能测量VRLA电池中正、负电极电位以及它们*放电过程中电极电位的变化，通过对电池的*放电，我们能决定正、负电极对整个蓄电池容量的贡献，再看其放电曲线，就可知道哪一个电极决定蓄电池的容量。

    利用此技术，我们能看到VRLA电池在整个电池的循环寿命中容量的逐渐损失是由于负极以恒定的速度损失容量所造成的。这是认识VRLA电池的*个基本点。

    VRLA电池容量损失是逐渐减少的，而富液电池则暴跌，这是因为，首先，VRLA电池和富液电池的操作方式不同，在VRLA电池中，负极被氧气包围，其浓度比富液电池高几个数量级，由于负极的氧化将消耗充电循环末期的所有充电电流、利用参比电极，我们研究VRLA电池的充电过程时发现，只要在正极产生的氧气传输到负极能*化合，由于氧的还原反应，负极处于*去极化状态。就不可能提高电位到达或超过其过电位，充电电流应用的结果不产生H：，这是认识VRLA蓄电池的第二个基本点。

    VRLA蓄电池在很低的电流下浮充是为了降低正板栅的腐蚀速度和板栅膨胀，这时Pb的氧化将消耗所有的充电电流，由于负极本身的自放电所引起的容量损失将不能得到补偿，VRLA蓄电池的负极容量逐渐损失，这是认识VRLA蓄电池的第三个基本点。

    在充电循环中，负极的容量损失是由于自放电，因为负极不极化就不能*充电。然而，如果我们极化负极，将使负极处于*充电状态从而恢复容量，这时负极就会产生H：，导致电池失水和干涸，影响电池寿命。这看起来好像有些矛盾。为了更好的认识VRLA蓄电池，我们就必须认识在VRLA蓄电池中正极板栅腐蚀和负极自放电以及它们之间的平衡状态。

4板栅腐蚀及自放电

    在VRLA蓄电池中，正负极同时发生三种反应：

正极：

    PbSO₄→PbO₂    (主反应)

    H2O→0₂+2H+  (水分解)

    Pb→PbO₂    (板栅腐蚀)

负极：

    PbSO₄→Pb    (主反应)

    Pb+0₂→PbO  H₂SO₄  PbSO₄(氧化合)

    Pb→PbSO₄+H₂    (自放电)

除主反应外，四个副反应可描述成下列半反应：

    水的分解：6H₂O十Pb→4H₃0+十O₂↑十4e

    板栅腐蚀：6H₂0十Pb→Ph0₂十4H₂0十4e

    氧的化合：0₂+2H₂0+4e→40H-

    Pb的自放电：Pb+H2S0₄→PBS0₄+H₂↑

    (有害杂质的影响)

    板栅腐蚀和负极自放电都是可以变化的化学反应，在一定程度上可以控制。正板栅的腐蚀可以通过选择合金、晶型、制造方法和改变充电或维持电极的浮充极化来控制。负极的自放电取决于在电池制造中无机和有机物杂质的含量，而且自放电是一个连续的过程，不管是充电、放电、开路或浮充，都以一定的速度发生，其反应速度由杂质影响，而且可以通过充电转变为负极活性物质：    PbSO₄十2H₂0十2e→Pb十H2S0₄+20H-

    在四个主要的副反应中，存在着以下不同条件下的平衡。

    *种平衡：氧气的生成和化合速度相等，板栅腐蚀速度大于或等于负板自放电的速度，其化学反应如下：

    2H₂O+Pb=PbO₂+2H₂↑

    在这种情况下，两个水分子分解成氧原子，与  Pb化合，而氢原子变为H：，所有负极的自放电不仅能持续到后，还能在新的循环中重新充电。所以负极容量不会损失，但水将永远地从系统中损失，电池将逐渐干涸，从而影响电池的放电容量。用称重法测量水的损失是困难的，因为水分子中的氧原子已与Pb结合进入电池中。

    第二种平衡：氧的生成和化合的速度相等，板栅腐蚀速度低于负极自放电的速度，其化学反应如下：

  3Pb+2H₂SO₄+2H₂0₂=2PhS0₄+PbO₂+4H₂↑

    在这种情况下，两个水分子和两个硫酸分子将从电池中消失，从而影响两个电极的容量，当负极的自放电为主要反应时，对电池干涸和电池容量的损失有较大影响，更重要的是负极不断地放电，增加充电或浮充电流也不能使电池*充足电。

    第三种平衡：氧的生成速度大于氧的化合速度，不管板栅腐蚀速度与自放电速度的关系如何，其整个化学反应如下：

    4H₂0+Pb=PbO₂+4H₂↑+0₂↑

    4个水分子生成H₂和0₂。化合效率越低，增加电流所产生的H2和02就越多，将导致电池很快干涸和容量损失，在这种情况下，电池初期负极仍处在*充电状态。

    很显然，我们都希望降低板栅腐蚀和自放电的速度，但不能降到零，而且随着“电池年龄”的变化，各种反应的速度将发生变化，所以只希望在某种特定状态下，取得一种的平衡。

    从以上的讨论得知：解决VRLA蓄电池容量衰减问题的有效而且明显的途径，就是使电池处于*种平衡状态，这时负极处于*充电状态，而且液体的损失率将减半。如果板栅腐蚀占主导地位，增加电流，也能减慢电池干涸的速度使负极处于良好的充电状态，其时间超过预期使用寿命而达到目的。要使板栅腐蚀占主导地位，的方法就是降低负极自放电的速度，使之尽可能低于板栅腐蚀速度。这是改进和延长ⅦIA电池的也是的方法。

5 VRLA蓄电池的充电

    VRLA电池的充电方法涉及到如何使电池*充电，降低过充电、降低欠充电、延长寿命，在维持容量方面，高的初始电流是有利的，过充电尽可能地减少，从而减少水的损耗，又能保持正、负物质的活性，脉冲充电能克服氧化合的影响，所以好的充电方式不仅能维持VRLA电池的容量，还能显著增加电池的循环寿命。

    (1)初充电

    现阶段VRLA的初充电有以下几种方式：

    ①串联充电：采用高压、小电流充电器，一般来讲，充电器的输出电压为300—450V，电流输出5-30A，电流可控制，每个电池充人的电量可控制，可放电检测电池容量，剔除故障电池，现生产厂家普遍采用这种方法。

    ②并联充电：充电器为低电压、大电流，每个电池的电流与电池的充电状态和内阻有关。不能计算每个电池充人的电量。并联充电控制电压，几乎无生产厂家采用。

    ③串联饼联混合充电：一般采用先串联后并联的方式进行，充电器常为150V电压输出，电流30-100A，单个电池无电压、电流控制，可分组放电检查，现有在不少厂家采用这种方式。

    ④单电池充电：可准确地进行充、放电，能控制电流、电压，能将每个电池进行分级、挑选，普遍在测试上使用。

    ⑤模块控制单电池充电：每个模块可充64个电池，每台充电器可充700多台电池，在一个模块中1台或多台故障不影响其它电池充电，可进行恒压、恒流控制，保证电池不会过充，还能检查容量和进行电池分级，这将是今后的发展方向。

    (2)浮充电

    当VBLA电池浮充时，电压和电流设置较低，因此析气和板珊腐蚀均不严重，大多数浮充均采用恒压浮充，每单体设置一般为2.20-2.27V左右。对电池组来说，浮充时各单体电池的电压是不相同的，饱和度高的电池处于较高电压并析出气体，饱和度低的电池由于氧化合的去氧化作用而处于较低电压，这些电池的负极有不能*充电的危险。浮充一段时间后。各单体电池的电压将逐渐均衡，但电池的放电结果可能不尽人意。

    假若提高浮充电压的设定值，将缩短电池寿命，若电池处于高温环境下，还可能发生热失控的危险。

  的方法是：

  ①脱离设备充电，若有两组电池，则对电池组进行交替充电。对于一组电池，对其进行短期充电，一般采用2.6V／单体，保证电池组各单体充电均衡后，静止一段时间后，再进行浮充。

    ②采用均衡充电，将电池组进行放电，采用2.35V／单体进行均衡充电一段时间后，转入浮充。

    (3)循环充电

 在循环应用领域，VRLA电池都采用薄极板设计来提高比能量和大电流性能。对于薄极板的VLRA电池的充电方法是脉冲和电流递减方式充电。  脉冲方式可在短时间内高输入电流快速充满，具有很小的过充；电流递减法充电具有同样的优点，但方法*不同。大电流快速充电的关键是复合过程，提供足够的电流并压倒此过程，当电池老化时，复合效率越来越剧烈，但极板薄、表面积大、极板间距小、充电效率高。