V ol.28 No.2 2007.3/4 船电技术 2008年 第2期
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仇进 陈斌
（中国船舶重工集团公司第712研究所 武汉 430064）
摘 要：根据铅蓄电池在电动车上应用的现状，及铅蓄电池在实际使用中经常出现的故障，对影响蓄电池容量的因素进行了分析。对如何复原电池的容量，进而延长其使用寿命进行了探讨。 关键词：铅酸蓄电池 使用寿命 故障 复原
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1003-4862（2008）02-0121-03
Discussion on Capacity Recovery of Lead-acid Battery for
Electric Vehicle
Qiu Jin ； Chen Bin
(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, CSIC, Wuhan 430064, China)
Abstract : According to the application status of the lead-acid battery on the electric car, and the breakdown of the lead-acid battery which frequently appears, we analyze factors of affecting the capacity of storage battery, and discuss how to recover the battery capacity in order to prolong the service life of the battery.
Keywords: Lead-acid battery; Service life; Breakdown; Recovers
1 引言
随着电动车的逐步普及，车用蓄电池得到了广泛的应用。我国在“八五”计划期间，国家科委和国家计委就把电动车用铅蓄电池的研究和开发列为重点项目予以支持。许多从事电动车设计和研制的单位认为，虽然铅蓄电池比能量低，但在我国期望将公交车、出租车放在电动车使用的首要地位的情况下，铅蓄电池以其价格低廉，能够大量生产供应的优势，被列入近期电动车产业化工程项目计划中还是可行的[1]
。但在实际使用中，除去电池本身质量因素外，由于充放电控制不合理以及维护不当而造成电池提前报废的案例占了很大的比例。
2 电动车用铅蓄电池的使用现状
在城市公交拥挤不堪，私家车花费太高的现
实下，人们发现，快捷、省力的电动车不失为理想的代步工具。以苏州为例，目前市区电动车的保有量已达46万多辆，每月新增车辆高达1万辆左右。而电池是电动车发展的关键因素。要想在较大范围内应用电动车，就要有质量可靠的蓄电池。表1是目前为止各种主要电动车用蓄电池对比表。
由表1可看出，镉镍电池性价比不如铅蓄电池，而且存在镉污染；氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍，其它性能也都优于铅酸电池，但目前价格为铅酸电池的4-5倍；锂是最轻、化学特性十分活泼的金属，锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍，其余性能参数为其2倍多，而且锂资源较丰富，价格也不很贵，是很有希望的电池，但目前还处于试制阶段。因此，铅
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收稿日期：2007-08-29
作者简介：仇进(1971—)，女，工程师，研究方向：化学工程。
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蓄电池是目前唯一能大量生产供应的电动车电
池。
表1 各种主要电动车用蓄电池对比
性能 比能量 能量密度 比功率 循环寿命 价格 商品化 电池种类 W·h/kg W·h/L W/kg (次) (约～元) 程度 铅酸 35 90 150 500 100 大量生产 镉镍 50 80 200 1000 500 大量生产 MH-Ni 65 135 150 1000 400 试制 锂离子 100 170 300 1200 1000 试制
上述6项指标中，价格及比功率已为一般铅蓄电池所具备，因而改进的主要力量集中在比能量，循环寿命及快充性能3项指标。
目前，电动自行车铅蓄电池的使用现状是每1-2年就需要更换，的确给环境造成了污染。如果把现有铅蓄电池的使用寿命提高到3-5年，减少电池报废总量，对于减少废旧电池对环境的污染和节能有着重大的意义，也是世界解决铅酸电池污染的通用手段。国家环保总局已经将废旧的铅酸电池列为一项长远的战略任务。
3 电池失效的原因
根据目前铅蓄电池的使用现状，有专家指出：80%的蓄电池不是用坏的，而是充坏的。有鉴于此，目前国内很多机构和部门争相开发铅酸蓄电池复原技术，寄望于通过延长铅酸蓄电池的寿命而减少电池的生产量。那么，影响铅蓄电池容量的原因和机理又是什么呢？ 3.1 极板硫酸化
即极板表面逐渐生成白粗大晶粒硫酸铅，这种晶粒较硬，很难溶于电解液，充电时也不易与电解液起还原反应，从而减少了活性物质。此外，粗晶粒硫酸铅堵塞极板孔隙，使电解液渗入困难，并增加了内阻，使极板中参加反应的活性物质减少，造成蓄电池容量降低。引起极板硫化的原因有：(1)蓄电池长期处于完全放电或半放电状态，由于气温变化，溶于电解液的硫酸铅会析出，产生再结晶，形成粗大的晶粒沉附在极板上；(2)蓄电池液面降低，使极板上缘外露与空气接触氧化，氧化部分如与电解液接触也会产生粗晶粒硫酸铅，使极板上部硫化；(3)电解液的比重过大，放电电流过大且气温过高，使化学反应加剧，产生的硫酸铅很快沉积在极板上，也促使极板硫化。 3.2 极板活性物质脱落
造成极板活性物质脱落的主要原因是充电时电流过大或温度过高，经常过充电等；放电时，电流过大，使极板拱曲，也会引起活性物质脱落；电解液密度过高及电解液纯净度不高，使极板严重腐蚀，这些因素都会使极板活性物质迅速大量
脱落从而造成极板短路。 3.3 电池短路的原因
造成电池短路的原因：枝晶刺穿隔板或生产不良造成正、负极板直接接触引起短路。电池由于严重硫化(过放电)，生成硫酸重结晶，粗大结晶形成后溶解度减少，使晶体变大。因此，当长期存放或过放电严重时，大量的硫酸铅存在，再加上硫酸浓度和温度的波动，个别的硫酸铅晶体就可以依附附近小晶体的溶解而长大，从而造成
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坚硬的硫酸铅晶体刺穿隔板，引起短路。 3.4 自放电
充足电的蓄电池在长时放置不用时逐渐失去电量的现象，称之自放电。自放电是不可避免的，在正常情况下，每天放电率不应超过0.35%～0.5%。自放电的主要原因：(1) 极板或电解液中含有杂质，从而在杂质与极板间或不同杂质间产生了电位差，通过电解液构成回路，产生局部电流，使蓄电池放电；(2) 隔板破裂，导致正负极板短路造成放电；(3) 蓄电池壳表面上有电解液或水，在极桩间成为导体，导致蓄电池放电。(4) 活性物质脱落过多，并沉积在电池底部，使极板短路造成放电。
4 电池修复技术的一点讨论
电池修复技术是万能的吗？回答是否定的。对于已到寿命终点、极板活性物质脱落的电池、短路电池是不能修复的。而修复由于过充电、过放电和欠充电而产生硫化的电池，是业内人士一直想要解决问题。通常的方法包括通过加液、充放电机反复电迫使电池内部发生辅助化学反应，但都未能从根本上解决。下面是对目前使用的修复电池的方法的一点探讨。 4.1 大电流充电修复
电动车电池价格如果可以确认吸附是造成硫酸盐化的原因，则可以用高电流密度充电（达100 m A /c ㎡）。在这样的电流密度下，负极可以达到很负的电势值，这时远离零电荷点，使φ－φ（0）＜0，改变了电极表面带电的符号，表面活性物质会发生脱附，特别是对阴离子型的表面活性物质，这种有害的表面活性物质从电极表面上脱附以后，就可以使充电顺利进行。
但这种方法有以下缺点：在高电流密度下，极化和欧姆压降增加，这部分能量转化为热，使蓄电池内部温度升高，同时正极大量气体析出，其冲刷作用易使活性物质脱落从而造成电池失水，使一些本来可以修复的电池在大电流充电的过程中极板被击穿，使修复率和效果大打折扣。 4.2 脉冲修复
硫酸铅盐化层具有非常稳定的晶体结构，外层电子被牢牢束缚在原子周围，要打碎这些硫酸
盐层的束缚，就要提升原子的能级到一定的程度，从而将很稳定的硫酸铅逐渐转化为不稳定的离子状态，才能从根本上解决电池硫化问题。由于每一个特定的能级都有唯一的谐振频率，通过多次谐振，提供一些能量，使得外层原子加带的电子被激活脱离了束缚，达到最活跃的能级状态而又没有回落到原来的能级。这样，就转化为溶解于电解液的自由离子，又可以参与电化学反应。理论上，利用瞬间高电压可以击穿大的硫酸铅结晶，只要充电电流不大，不至于形成大量
析气，这就是大电流高电压充电的方法；谐振也可以实现，这就是脉冲谐波谐振的方法。缺点是修复之后达到的效果也不理想，修复的时间也会很长。 4.3 添加修复剂与脉冲修复相结合
修复剂添加之后在外加电场的作用下，用它自身的活性物质分解硫酸铅晶体粒子，使晶体表面的活性物质（Pb/PbO 2）活化再生，硫酸根离子回到电解液中；对未生成的硫酸铅晶体，这些微颗粒在外加电场的作用下，会均匀吸附于电极上，使硫酸铅晶体在电极的界面上永远不会产生。而且可以避免因平时过充电造成的失水现象。有效的提高了整个蓄电池的活性物质利用率，并使电池的电极长期处于新电池状态。从根本上克服了蓄电池因硫酸铅盐化而造成电池容量下降的缺点，延长了铅酸蓄电池的寿命，它可使任何一只没有物理损坏的铅酸蓄电池都能从根本上解决寿命短、容量下降快的致命弱点。
5 结论
在环保日益成为一个全球化问题的今天，废旧电池所带来的环境污染问题显得非常突出，而在“电池污染”中，铅酸蓄电池又尤其显眼。因此从事铅酸蓄电池复原再生维护技术研发，恢复电池容量，使电池延长其寿命周期，具有非常高的市场前景和实用价值，其中以添加修复剂与脉冲修复相结合的方法最有研究价值。
参考文献：
[1] 毕道治. 电池工业，2000（2）.
[2] 汪继强. 北京：123次香山科学会议论文集，1999；
27～32.
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