電池制造業(yè)在我國(guó)既是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，又是新能源產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，與新能源汽車(chē)、可再生能源、現(xiàn)代電子信息、新材料、裝備制造等多個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)緊密，電池制造業(yè)也是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中最重要的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，關(guān)系國(guó)計(jì)民生和建成小康社會(huì)的基礎(chǔ);電池產(chǎn)品在適應(yīng)我國(guó)新形勢(shì)下的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障特種戰(zhàn)略要，滿(mǎn)足大眾工作、生活消費(fèi)多樣化需求等方面，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和十分重要的用途。電池包括物理電池和化學(xué)電池。物理電池是利用物理效應(yīng)，將太陽(yáng)能、熱能或核能直接轉(zhuǎn)換成直流電能的裝置，如太陽(yáng)能電池、溫差發(fā)電器、核電池等;化學(xué)電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)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(xué)電池是最重要的電池。化學(xué)電池按是否可以循環(huán)使用，分為一次電池和二次電池兩大類(lèi)。其中，一次電池是活性物質(zhì)僅能使用一次的電池，又稱(chēng)原電池，如鋅錳電池，堿錳電池等;二次電池可充電、循環(huán)使用，又稱(chēng)蓄電池。蓄電池利用電池內(nèi)活性物質(zhì)在放電狀態(tài)下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)輸出電流，在充電狀態(tài)下發(fā)生逆向化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)存電能。

蓄電池按電極材料和工作原理的不同，重要分為鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等四大類(lèi)。其中，鉛酸蓄電池具有性?xún)r(jià)比高、容量大、功率高、壽命長(zhǎng)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上產(chǎn)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(yōu)勢(shì)也占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。

2、鉛酸蓄電池概述

(1)鉛酸蓄電池的構(gòu)成和工作原理

鉛酸蓄電池由正極板、負(fù)極板、隔板、電解液、塑料槽等組成。鉛酸蓄電池正極活性物質(zhì)為二氧化鉛(PbO2)，負(fù)極活性物質(zhì)是鉛(Pb)，電解液是稀硫酸，正負(fù)極之間由隔板隔開(kāi)，電解液中的離子可以通過(guò)隔板中的微孔，電極上的電子不能通過(guò)隔板。鉛酸蓄電池放電后，正極板的活性物質(zhì)二氧化鉛(PbO2)轉(zhuǎn)化成硫酸鉛(PbSO4)附著在正極板上，負(fù)極活性物質(zhì)鉛(Pb)也轉(zhuǎn)化成硫酸鉛(PbSO4)附著在負(fù)極上，電解液中的硫酸擴(kuò)散到極板中去，電解液的濃度降低。鉛酸蓄電池在充電時(shí)，發(fā)生相反的反應(yīng)。通過(guò)充電、放電反應(yīng)，鉛酸蓄電池可以反復(fù)使用，直到儲(chǔ)存的容量達(dá)不到電器的要求時(shí)，壽命終止。

鉛酸蓄電池單格電池(又稱(chēng)單體電池)的標(biāo)準(zhǔn)電壓是2V。為滿(mǎn)足用電器高電壓的要，電池常通過(guò)串聯(lián)組合成6V、12V等電池組;為滿(mǎn)足用電器高容量要，常通過(guò)新增極板面積或?qū)⑾嗤瑯O板并聯(lián)焊成極群來(lái)實(shí)現(xiàn)。將完全處于充電狀態(tài)的電池，按一定放電條件，放電到所規(guī)定電壓時(shí)所釋放出的電量稱(chēng)為電池的容量，單位一般用安培小時(shí)(簡(jiǎn)稱(chēng)安時(shí)，用Ah表示)。電池釋放電量的能力稱(chēng)為能量，為電池的容量乘以平均放電電壓，通常用伏安時(shí)(VAh)或千伏安時(shí)(kVAh)表示。

(2)鉛酸蓄電池的發(fā)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(gè)實(shí)用電池，標(biāo)志著化學(xué)電池進(jìn)入生產(chǎn)和生活中，但銅鋅體系的電池用完后不能充電供重復(fù)使用，阻礙了其更廣泛地應(yīng)用。1801年，戈特洛(NicolasGautherot)在實(shí)驗(yàn)中用伏打電堆和兩根鉑絲電解鹽水出現(xiàn)氫氣和氧氣，在其撤走電源并將兩根鉑絲直接接觸時(shí)，出現(xiàn)了短時(shí)間的反向電流(當(dāng)時(shí)也被稱(chēng)為二次電流，今稱(chēng)放電電流)，但電流維持的時(shí)間太短，沒(méi)有實(shí)用價(jià)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(jìn)行充電，在撤走電源后，其發(fā)現(xiàn)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，均測(cè)到了不同的電壓值。1854年德國(guó)科學(xué)家辛斯特登(WilhelmJosephSinsteden)在使用多種電池進(jìn)行研究時(shí)，認(rèn)識(shí)到浸沒(méi)在硫酸中的鉛電極具有一定的儲(chǔ)能容量，即對(duì)電極充電之后可以向負(fù)載供電，并報(bào)道了其能量密度，但其未意識(shí)到這一發(fā)現(xiàn)的重要價(jià)值。1859年，普蘭特(RaymondGastonPlante)獨(dú)立于辛斯特登發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了從浸在硫酸溶液中并充電的一對(duì)鉛板，在撤去充電電流并加上負(fù)載后可以得到有效的放電電流，這個(gè)體系的放電電流在諸多電極-電解液體系中可以維持最長(zhǎng)的時(shí)間，并且電壓也最高。普蘭特根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)了具有實(shí)用價(jià)值的蓄電池，并在1860年向法國(guó)科學(xué)院展示了這一可充電電池，這標(biāo)志著第一個(gè)可以重復(fù)使用的電池問(wèn)世。1870年，發(fā)電廠開(kāi)始使用直流發(fā)電機(jī)，并引入鉛酸蓄電池進(jìn)行負(fù)載調(diào)峰，即在晚上充電，白天供電。1879年愛(ài)迪生(ThomasEdison)發(fā)明了白熾燈，讓電力走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，同時(shí)激發(fā)了用戶(hù)在輸電線(xiàn)架設(shè)不到的地方使用電源的需求，這正是鉛酸蓄電池的應(yīng)用場(chǎng)合。限于制造工藝，當(dāng)時(shí)鉛酸蓄電池還無(wú)法大規(guī)模生產(chǎn)，但越來(lái)越多的研究者已開(kāi)始參與鉛酸蓄電池的研究。從此，鉛酸蓄電池開(kāi)始處于因市場(chǎng)需求而促進(jìn)其研發(fā)的狀態(tài)，人們對(duì)它進(jìn)行不斷地研究和改進(jìn)，使其得到極大地發(fā)展。鉛酸蓄電池是迄今發(fā)展時(shí)間最長(zhǎng)，技術(shù)最成熟的電池技術(shù)。