铅酸蓄电池Word文档格式.docx

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同时生成水H2O→0.5mol（18g）

（1F=96500库仑=26.8Ah）

而放出1Ah的电量将消耗二氧化铅PbO2→4.46g（239/53.61=4.46）或（119.5/26.8=4.46）

消耗铅Pb→3.86g（207/53.61=3.86）或（103.5/26.8=3.86）

消耗浓硫酸2H2SO4→3.66g（196/53.61=3.66）或（98/26.8=3.66）

同时生成水H2O→0.67g（36/53.61=0.67）或（18/26.8=0.67）

4.46、3.86、3.66、0.67也称为电化当量（g/Ah）。

那么，铅酸蓄电池的理论Wh为：

107.22Wh 

（53.61Ah×

2V=107.22Wh）

理论比能量Wh/kg为：

167Wh/kg 

（107.22/[239+207+196]=167Wh/kg）

理论比容量Ah/kg为：

83.5Ah/kg 

（53.61/[239+207+196]=167Wh/kg）

还可以这样算：

理论上每Ah需要总计活性物质11.98g/Ah（4.46+3.86+3.66=11.98g/Ah）

理论上每kg总活性物质可产生83.5Ah容量（1000g/11.98g=83.5Ah/kg）

（理论上正极每克可放出0.22Ah容量，但实际正极每克只能放出0.08Ah容量）

（理论上负极每克可放出0.26Ah容量，但实际负极每克只能放出0.12Ah容量）

（理论上每放出1Ah容量要消耗浓硫酸3.66g，但实际要消耗浓硫酸5.5g～6.0g）

电池中电极的名称和电极的反应

项 

目

电极名称

电子得失

电极反应性质

应用实例

电池

（放电）

正极

获得电子

还原反应

PbO2+3H++HSO4-+2e---→PbSO4+2H2O

负极

失去电子

氧化反应

Pb+HSO4---→H++PbSO4+2e-

（充电）

阳极

PbSO4+2H2O--→PbO2+3H++HSO4-+2e-

阴极

H++PbSO4+2e---→Pb+HSO4-

2.活性物质利用率

正极η（艾塔）=4.46C10/M 

（M为单格正总活性物质）%阀控电池正极的利用率一般在40%左右；

负极η（艾塔）=3.86C10/M 

（M为单格负总活性物质）%阀控电池负极的利用率一般在45%左右。

电动自行车电池还低，正极的利用率一般在30%左右，负极的利用率一般在35%左右。

3.活性物质比率

a.正负活物质比理论为239:

207=1.15:

1（239/207=1.15），但实际相差很大。

b.阀控电池正负极活物质之比一般为（1.3～1.6）:

1，（即正极活性物质比负极多25～30%）。

c.阀控电池正极极活物质与板栅之比一般为（1.5～2.2）:

1，（即正活物质比正板栅重35～55%左右）。

d.阀控电池负极极活物质与板栅之比一般为（1.4～1.9）:

1，（即负活物质比负板栅重25～45%左右）。

e.电动自行车电池一般比例取上限值，电源用UPS比例取中下限值。

f.通常正板栅的厚度比负板栅厚度厚1.1～1.3倍。

4.电解液消耗量

铅酸蓄电池每放出1Ah容量，消耗电解液最低量V为：

V=（366-2.99n）/（m-n）D

式中：

V──放出1Ah容量所消耗电解液最低量，单位ml/Ah；

m──放电前电解液浓酸含量，单位：

质量%比；

n──放电后电解液浓酸含量，单位：

质量%比%；

D──电解液密度；

366──理论值；

2.99──常数。

例：

求12V65Ah电池每格消耗电解液量？

电解液密度D=1.30（g/cm3）；

放电前浓酸含量m=39.1%（25℃）；

放电后浓酸含量n=14.3%（放电结束电解液密度为1.10g/cm3，25℃）；

代于上式，得：

366-2.99n 

366-2.99×

14.3 

32.243

V=──────=────────=────=10.03ml/Ah

（m-n）D 

（39.1-14.3）×

1.30 

32.24

10.03ml×

65Ah×

6格=3.91L

一台12V65Ah电池要消耗电解液5.08kg（1.30g/cm3×

3.91L=5.08kg）

答：

每台12V65Ah电池需要1.30密度电解液3.91L或5.08kg。

5.活性物质吸酸量

正极活性物质吸酸量平均为：

0.145ml/g；

负极活性物质吸酸量平均为：

0.152ml/g。

6.AGM隔板及隔板吸酸量

根据部标JB/T76301-1998标准规定，AGM隔板的定量为：

140g/m2·

mm，即单位体积面积为140g，此定量是在10kPa压力下测厚所得（10kPa测得为1.0，那么100kPa测得为0.76）。

隔板吸酸量P=0.95×

（6.45-6×

压缩度）+（0.05×

9.72）×

隔板重量=（6.13-5.7×

压缩度）+0.47×

隔板重量

式中：

P──隔板吸液量，单位ml/g；

6.45──系数；

6──常数；

0.95──隔板压缩部分百分比；

0.05──隔板没有压缩部分百分比；

9.72──隔板没有压缩部分吸酸量，单位ml/g；

已知12V65Ah电池 

电槽单格尺寸162×

51×

141 

极板尺寸W146×

H110×

δ2.9（2.1） 

装配+5-6片/格

正极活性物质690g/格（正板重230g/片），负极活性物质576g/格（负板重160g/片） 

极板每片13Ah

隔板尺寸240×

162×

2.87（10kPa） 

每格用5片（包正板） 

隔板重240×

2.87×

0.00014×

5=78.1g

求极群总吸酸量？

解：

隔板压缩后总厚度51-（2.9×

5+2.1×

6）=23.9

平均每片隔板压缩后的厚度23.9÷

10格=2.39mm 

隔板选2.39×

1.2=2.87mm（压缩比为20%）

隔板压缩度1-（2.39÷

2.87）=0.167

隔板吸酸量P=[（6.13-5.7×

压缩度）+0.47]×

=[（6.13-5.7×

0.167）+0.47]×

78.1=5.648×

78.1=441.1ml

正极板吸酸量0.145×

690=100ml

负极板吸酸量0.152×

576=87.56ml

极群总吸酸量441.1+100+87.56=约630ml

极群总吸酸量为630ml/格。

隔板如选100kPa压力测厚，其厚度为2.2（2.87×

0.76=2.18，选2.2mm）。

7.铅酸蓄电池的极柱零件和连接条截面积的选择

⑴连接条

连接条截面积S1=（ρI）÷

V

S1──连接条截面积，单位：

cm2；

ρ──铅合金的电阻率，数值日为2.06×

10-5；

I──电池允许的最大放电电流，单位：

5C（A），C为电池额定容量；

V──5C（A）电流通过1cm连接条产生的电压降5～10mV。

⑵极柱

极柱截面积S2=（Π÷

4）×

Φ2

S2──极柱截面积，单位：

mm2；

Π──3.14；

4──系数；

Φ2──极柱直径。

已知12V65Ah，允许最大放电电流325A，上盖极柱孔Φ=22mm，求连接条截面积和极柱截面积？

S1=（ρI）÷

V=（2.06×

10-5×

325）÷

（5×

10-3）=0.0067÷

0.008=0.84cm2=84mm2

连接条实际截面积16×

6=96mm2，完全能满足过电流要求。

S2=（Π÷

Φ2=（3.14÷

202=314mm2

极柱截面积314mm2完全大于84mm2，能满足过电流要求。

二、板栅合金

1.板栅所用金属的物理化学性质

⑴铅（Pb）：

原子量207.21，密度11.34g/cm3，熔点327.5℃，沸点1743℃，铅的氧化物有PbO、Pb3O4、PbO2。

金属铅是青灰色，有良好的延展性，在常温下生成一层氧化膜，失去金属光泽。

铅的国家标准GB469-05规定有5个牌号，高牌号铅杂质少，用作板栅和磨铅粉，低牌号铅用作产品的零部件。

⑵锑（Sb）：

原子量121.76，密度6.684g/cm3，熔点630℃，沸点1750℃，锑在空气中不易氧化，加热燃烧时生成SbO、Sb2O3、Sb2O5。

金属锑为银白色，有光泽，质硬而脆。

锑的国家标准GB1599-04规定有4个牌号，一般含锑合金多用2号锑。

⑶钙（Ca）：

原子量40.08，密度1.54g/cm3，熔点842℃，沸点1484℃。

钙为银白色，主要用于与铝、铜、铅制成合金。

⑷其他金属和元素有锡（Sn）、铝（Al）、铜（Cu）、镉（Cd）、砷（As）、硒（Se）、硫（S）等。

2.铅锑合金板栅

⑴高锑合金板栅：

高锑合金板栅（Sb4%～6%）蓄电池是多年来沿袭下来的一种生产方式，其优点是强度高，能承受加工制作过程中的机械力，利于电流传导，与活性物质结合比较好，在硫酸溶液中有一定的耐腐性。

它的缺点是电阻比较大，锑易从正极板上溶解迁移到负极，耗水大，自放电大，此合金板栅在逐步淘汰。

⑵低锑合金板栅（Sb≤2%）：

随着免维护蓄电池的发展，高锑合金板栅已不适应产品性能需要。

低锑合金板栅在蓄电池上的应用更是一项措施，但仍不尽满意，从产品铸造、机械强度以及耐腐蚀方面不够理想。

这种合金析气量明显降低，但浇铸条件很严，很容易出现热裂。

为了改善这种状态，在低锑合金中加入少量其他元素，如锡（Sn）、银（Ag）、铜（Cu）、镉（Cd）、砷（As）等，作为变晶剂，可以改善低锑合金板栅的热裂、抗腐蚀性差、机械强度低、板栅成型难等问题。

⑶铅锑镉合金：

随着电动自行车电池的发展，该合金板栅得到迅速发展，其特点是耐腐蚀性好、强度高、深放电寿命长、不易脱粉等；

但此板栅由于有镉，镉是毒金属，现在不提倡使用。

配方为：

Sb-1.5%～2.0%/Cd-1.2～1.8%/Cu-0.08%/As-0.10%；

此合金板栅主要用于电动车电池的正板栅，其负板栅为铅钙合金。

3.铅钙合金板栅

⑴铅钙合金板栅：

用该板栅制成的蓄电池没有酸气泄露，有良好的密封性，析气量更小，自放电更低，比低锑合金析氢过电位高，能使可能析出的气体得到抑制；

这种板栅最大缺点是在板栅和活物质界面生成高电阻层，即硫酸钙，容易引起电池容量早期衰减，所以锡的含量应在1%以上。

因为Sn≥1%可以避免电池的早期容量衰减。

⑵铅钙合金板栅配方：

正板Ca-0.05%～0.08%/Al-0.02%～0.04%/Sn-1.0%～1.5%。

负板：

Ca-0.08%～0.10%/Al-0.02%～0.04%/Sn-1.0%～1.5%。

4.添加在铅合金中的其他金属元素都有什么作用？

⑴各种少量元素在铅合金中起成核剂作用，各种元素在合金液中高度均匀地分散，冷凝时，比铅结晶速度快，形成以各种元素为晶种的结晶颗粒，铅围绕它们进行结晶，晶种多、晶粒形成多，从而达到细化晶粒的目的。

这种被细化了的晶体，无明显的晶界层，避免了有锑板栅的裂纹。

⑵作为成核的金属或非金属要有利于提高氢的析出过电位。

S、Se能与Pb生成PbS、PbSe，是较好的成核剂。

Cu和As可生成CuAs，也是一种很好的成核剂。

⑶Sn可以改善合金表面与活物质接合的微观结构，改善合金液的流动性，有利浇铸，铸件合格率高；

Al是在溶化中形成防氧化膜，减少Ca的烧损和板栅穿透性腐蚀有一定效果。

⑷在板栅中加入As能提高铸件硬度和耐腐蚀性，还能延缓板栅长大变形，Ag、Cd的加入能提高铸件的耐腐蚀性和机械强度；

板栅中加入S、Se能减少合金的脆性及断裂现象。

⑸以上元素在铅合金中的加入量为：

As为0.01%、Cu为0.1%、S为0.1%、Se为0.05%、Sn为1.0～1.5%、Cd为1.2～0.18%、Ag为0.1%。

5.在低锑合金中加入镉起什么作用？

低锑合金板栅在铸造过程中易产生裂纹，工艺性差，强度低。

这是因为板栅在浇铸时是一种不平衡条件下的快速冷却，冷却过程是先析出αPb相，此相几乎没有锑扩散到里面，液相中的锑富集性高。

当铸件温度下降到250℃时，锑的一部分晶粒在αPb相的收缩空隙中析出，形成了一种锑的夹层。

又因低锑合金中Pb量多，所形成的αPb晶体收缩空隙大，锑又不能充填所有空隙，故此产生裂纹现象，为避免发生这种情况，需要在低锑合金中加入一定量的镉，加入量一般为0.12%～0.18%。

6.脱模剂的作用是什么，怎样配制脱模剂？

脱模剂是用软木粉、硅酸钠、膨润土和水配制而成。

软木粉600g/硅酸钠300ml/膨润土120g/水10L。

脱模剂的作用主要是降低铅液的热传导，当铅液进入模腔后所带热量不易被钢模吸收，在瞬间内保持良好的流动性，易脱模。

铅液在模腔内凝固后，由于脱模剂附在模面上，大大降低了铅在模面上的真空度，易脱模。

由于以上两个作用，这就使得栅筋外层结晶形成一个不光滑的模面，且表面积大。

欲获得良好的铸型效果，还要注重脱模剂的喷涂效果，对薄型板栅（2.0mm以下）要用喷枪喷涂脱模剂10遍，厚型板栅（3～5mm）喷涂5遍，要把模面筋槽各处纵横交叉地均匀喷好。

脱模剂的配制方法按配方中材料称好，先把3L水和膨润土放入机械搅拌器混合1.5h，再加入全部水、软木粉和硅酸钠搅拌5min即可使用。

软木粉细度需达到200目，可用球磨法进行研磨。

有的不用膨润土，只用软木粉、硅酸钠和水玻璃共热煮沸使用。

7.怎样铸造符合质量要求的板栅？

铸造板栅时要给板栅模加温到110～130℃。

喷涂模具的关键是均匀、细致，喷后对用铅量较多的筋条和极耳要用专用刮具刮一刮，以减少局部筋条的收缩。

通常正板栅比负板栅厚1.1～1.3倍。

铅锑合金铸板温度为480℃～520℃，铅钙合金铸板温度为420℃～460℃；

铸造厚型板（3～5mm）温度为420℃～460℃，铸造薄型板（2.0mm以下）温度为480℃～520℃。

温度低合金中的元素会浮在液面，影响板栅质量；

铸板中下角料回锅次数一般是2～3次，反复回锅会影响合金成分。

模具筋条形状对铸型质量有很大影响，把传统三角形、菱形筋条改为边弧形筋条有利于模具排气，在较低的铅液温度下很好成型。

这是因为边弧形筋条铅液冲入模腔阻力小，铅液冷却速度快，结晶细致。

综合上述条件，铸造符合质量要求板栅的条件是脱模剂喷涂、铅液温度、模具温度、合理的筋条结构等四个基本因素恰到好处，就能顺利地铸造出符合质量要求的板栅。

8.铅钙合金板栅的优点和缺点

铅钙合金的优点是析氢过电位比铅锑合金高约200mV，导电率要高20%，机械强度也好于铅锑合金，用在浮充条件下板栅的变形度要好于其他合金。

铅钙合金的缺点是钙易氧化、烧损，用作正板栅其腐蚀生成的PbO2膜中含有CaSO4，成为CaSO4的结晶核，使PbSO4量增多，导电性和渗透性变差，在和PbO2物质结合处形成钝化膜使正极充电接受能力变差，尤其对电池的深放电影响明显，因此，铅钙合金的正板栅不宜在深循环条件下使用。

9.板栅在铸造中出现的质量问题：

⑴栅筋收缩：

收缩的主要部位在极耳和边框。

原因是局部温度过高，铅液冲入模腔后局部冷却很慢，结晶粗糙，一折即断又不耐腐。

解决办法：

调整模具温度，局部的脱模剂不宜太厚，要用刀轻轻刮一刮，使表面软木层变薄，效果比较好。

⑵栅筋铸不满：

原因是横腔内排气不畅或排气道槽设计开凿不合理或有梗阻现象。

此外，模具合拢松紧不一，也会产生铅液断流，不易铸满。

调整或开通气道，使合金液冲型后，排气顺利，模具合拢力量一致。

此外，铅液温度和模具温度控制得当，脱模剂喷涂均匀。

⑶板栅发暗有黑斑：

原因是合金来源不清楚，使用了劣质杂铅或合金配制不良等，铅液中形成一层粘稠物夹杂在里面，成型后出现黑斑点。

更新合金液，重新配制新的合金。

⑷板栅细筋：

细筋部位有在水口附近，有在极耳附近，也有在边框，厚型板栅表现较多。

原因是模温过高，脱模剂炭化，板栅筋条成型时冷却不均匀，冷却快的部位夺取了冷却慢的部位铅，形成局部细筋。

降低模温，刷去旧软木层，重新喷涂。

对粗筋板栅在浇口下出现较普遍，可采取局部加粗筋条的办法解决。

⑸板栅超重：

原因是筋条尺寸不符合设计要求，尺寸偏大，用铅量过多，重量超标。

将磨面用磨床进行研磨检修。

⑹板栅偏轻：

原因是筋条尺寸偏小或截面尺寸不够。

用刨床加大筋条尺寸或用异型小锉加大磨面筋槽尺寸，用千分表精确测量，即可解决。

⑺板栅偏斜或弯曲：

原因是动模开启时，板栅贴在两页模子上，拉动形成偏斜，厚型板栅多见这种现象。

板栅弯曲原因是板栅出模后没有平整或搬动不当形成弯曲。

⑻板栅毛刺：

原因是边框或水口切得不齐连带一部分毛刺，它会刮带一部分铅膏带入电池内，形成多余沉淀物或形成铅绒造成短路。

三、铅粉及铅膏

1.简介

铅膏是由铅粉制造而成。

目前国内蓄电池工厂基本采用球磨法制造铅粉，以前使用过气相法制造铅粉，即巴顿式铅粉机，国内现在很少厂家使用了。

球磨法制造铅粉是将小铅球或小铅块放于铅粉机的滚筒内，当滚筒转动时将铅球或铅块带到一定高度，落下后产生撞击和摩擦，使铅球或铅块表面产生变形并使滚筒内的气流和温度升高，与此同时铅球和铅粉与空气中的氧气发生化学反应，生成氧化铅（PbO）并放热，使温度进一步升高。

2Pb+O2─→2PbO+217.7kJ/mol

结果一方面使铅晶体表面受到氧化，而与整体产生裂缝，另一方面又使氧化反应向更深一层进行。

随着裂缝的逐渐深入，变形位移的结晶便从铅球或铅块上脱落下来，最后形成外层被PbO包覆的金属铅小颗粒，即电池用铅粉。

铅粉机在工作过程中进出口风的风压、滚筒内的铅球量、机器的转速、滚筒内的温度是几个关键的技术参数，滚筒内的温度控制在199～200℃，这样制造的铅粉其氧化度在70～80%之间，很适合制造极板。

2.铅粉的技术指标

⑴氧化度：

是指铅粉中氧化铅（PbO）所占的百分数。

实践表明，氧化度在70～80%之间最好，氧化度太低，电池初期容量很小；

氧化度太高，电池初期容量大，但寿命短。

一般正铅膏铅粉氧化度在70～75%之间，负铅膏铅粉氧化度在75～80%之间。

⑵铁含量：

铅粉中的含铁量要小于0.0007%，铁含量超标会引起电池的自放电速率加大。

⑶筛析度：

铅粉中的筛析度主要是分析铅粉颗粒的大小。

一般要求铅粉过100目筛的剩余物要少于7%。

因为铅粉的颗粒度太小会使电池的初期容量增大使电池寿命缩短。

⑷视密度：

也就单位体积的重量，视密度与颗粒度和氧化度有关，一般讲氧化度越高、颗粒度越细的铅粉，其视密度越小。

视密度的测量方法：

使铅粉通过振动筛自由落在容积为100ml的量筒内，刮平后称重，即可得到铅粉的视密度。

铅粉的视密度一般控制在1.5～1.8g/cm3范围内。

⑸吸水率：

是指每kg铅粉吸水量的毫升数，一般要求吸水率在95～100ml/kg之间。

⑹吸酸率：

是指铅粉与硫酸反应的程度，一般规定每kg铅粉吸收的稀硫酸为在5～15g（稀硫酸的密度为1.1g/cm3）。

3.铅膏配方及合膏

⑴铅膏配方：

目前阀控电池铅膏配方有很多种，现介绍主要用于动力电池的铅膏配方。

a.正极铅膏配方 

b.负极铅膏配方

名称

用量

铅粉

100kg

硫酸密度

1.32g/cm3

1.25g/cm3

1.10g/cm3

硫酸用量

9.6-10kg

11.2kg

20.9kg

8.4-8.6kg

28.7kg

短纤维

60g

30g

50g

炭黑

100g

200g

硫酸钡

600g

配方水

9.6-10.4kg

9.0kg

0.5kg

腐植酸

------

500g

调整水

适量

乙炔黑

180g

300g

视密度

4.10-4.20

4.05-4.10

4.15

木素磺酸钠