《铅酸电池 毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铅酸电池 毕业论文.doc（67页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、湖南科技大学本科生毕业设计论文 目 录第一章 绪 论- 1 -1.1铅酸蓄电池简介- 1 -1.1.1概述- 1 -1.1.2铅蓄电池发展史- 1 -1.1.3铅酸蓄电池基本结构及基本术语- 2 -1.1.4铅酸电池的工作原理- 3 -1.1.5 VRLA氧复合原理- 5 -1.1.6铅酸电池的分类- 6 -1.2我国铅酸蓄电池产业- 6 -1.2.1 我国铅酸蓄电池行业现状- 6 -1.2.2 铅酸蓄电池产业发展前景- 7 -1.2.3我国蓄电池产业面临的问题- 10 -第二章电池设计- 11 -2.1电池容量- 11 -2.2 极板的设计- 11 -2.2.1铅膏配方- 11 -2.2.2
2、板栅的设计- 13 -2.2.3涂膏量的设计- 17 -2.2.4极板厚度的计算- 17 -2.2.6硫酸的选用- 20 -2.2.7电池槽、盖的设计- 22 -第三章 工艺流程设计- 24 -3.1工艺流程概述- 24 -3.2铅粉的制造- 25 -3.2.1铅的简介- 25 -3.2.2电解铅的标号- 25 -3.2.3铅粉的理化性质- 26 -3.2.4铅粉制造工艺- 26 -3.2.5球磨法制铅粉工艺流程- 27 -3.2.6质量指标- 28 -3.3纯水制备和硫酸配制- 28 -3.3.1电解液杂质- 28 -3.3.2制水流程- 29 -3.3.3硫酸配制- 30 -3.4铅膏制备
3、- 31 -3.4.1铅膏性质- 31 -3.4.2合膏工艺流程- 32 -3.4.3铅膏形成机理- 32 -3.4.4铅膏制备过程- 33 -3.4.5注意事项- 33 -3.5合金配制及板栅铸造- 33 -3.5.1合金配制- 33 -3.5.2 板栅铸造- 34 -3.5.3脱模剂的配置- 34 -3.5.4质量指标- 35 -3.6机器涂板- 35 -3.6.1涂板概念- 35 -3.6.3质量控制- 36 -3.6.4 极板压实及淋酸- 36 -3.6.5 水分控制- 36 -3.6.6极板表面干燥- 36 -3.6.7 涂膏注意事项- 36 -3.7 极板固化干燥- 36 -3.7
4、.1固化干燥目的- 36 -3.7.2固化干燥过程中的物化反应- 37 -3.7.3影响固化干燥质量的因素- 38 -3.7.4质量控制- 38 -3.7.5 固化工艺条件- 38 -3.7.6 生极板质量标准- 39 -3.8分板刷耳- 39 -3.9电池组装- 39 -3.9.1包板配组- 39 -3.9.2极群焊接- 39 -3.9.3装槽- 40 -3.9.4高压短路测试- 40 -3.9.5反极测试- 40 -3.9.6穿壁焊接及焊点无损检测- 40 -3.9.7反极短路测试- 41 -3.9.8电池盖热封- 41 -3.9.9焊接端子- 41 -3.9.10气密性检测- 41 -3
5、.9.11电池化成- 41 -3.9.12电池加酸- 42 -3.9.13 酸液调整- 44 -3.9.14 盖安全阀- 44 -3.9.15 大电流放电检测- 44 -第三章 物 料 衡 算- 45 -4.1 铅膏制备工序物料衡算- 45 -4.2铅粉制造工序物料衡算- 46 -4.3 纯水制备及硫酸配制- 46 -4.4 合金配制及板栅铸造- 47 -第五章 能 量 衡 算- 49 -5.1 硫酸配制工序能量衡算- 49 -5.2 铅粉制造工序能量衡算- 50 -5.3 合膏工序能量衡算- 51 -第六章 设备计算及选型- 54 -6.1极板车间主要设备的计算机选型- 54 -6.1.1铅
6、粉制造工序- 54 -6.1.2铅膏制备工序- 54 -6.1.3 纯水制备及硫酸配制工序- 55 -6.1.4板栅铸造工序- 55 -6.1.5机器涂板工序- 55 -6.1.6固化干燥工序- 55 -6.2主要设备一览表- 56 -第 七 章 绿色生产与环保管理- 57 -7.1三废概况- 57 -7.2 废水处理- 57 -7.3废气处理- 57 -7.3.1铅烟处理流程- 57 -7.3.2酸雾处理流程- 58 -7.3.3铅尘处理流程- 58 -7.4废渣处理- 58 -设 计 总 结- 59 -参考文献- 60 -致 谢- 61 - 63 -第一章 绪 论1.1铅酸蓄电池简介1.1
7、.1概述 铅酸电池是电池中最古老的二次电池。该蓄电池是1859年由普兰特(Gaston Plante)发明的，至今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。这是因为其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点，广泛应用于汽车、叉车、大功率不间断电源（UPS）、电信、电力、铁路等领域。随着绿色环保的理念普及，低碳生活将成为时代的潮流。电池行业作为环保能源在人们的日常生活中必将发挥越来越重要的作用，而古老又成熟的铅酸电池行业也必将进行着顺应时代的改革，蓬勃向上，迎来一个崭新的春天。1.1.2铅蓄电池发展史1860年，普兰特
8、用两块铅板中间隔以橡胶棒，浸泡在10%的稀硫酸溶液中，经过一段时间以后就形成电压为2V的电池并有电流通过。这一电池的特性是可逆的，即化学能转变成电能，反之亦然。1860年普兰特送给法国科学院一个9单节的蓄电池组，并作了题为“一个新型奇特的具有巨大力量且可回复的电堆”的报告，这一报告确认了铅酸电池的诞生。1881年，Sellon发明了铅锑合金板栅。1881年，Faure发明在铅上涂膏以形成活性物质的方法。1882年，Gladstone与Tride提出双硫理论，从此建立了公认的化学反应式。18831886年，Tudor及Lucas完成了方便的形成式正极板制法（电解液中加腐蚀剂）到了20世纪初，铅酸
9、蓄电池历经了许多重大的改进，提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。然而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：充电末期水会分解为氢，氧气体析出，需经常加酸、加水，维护工作繁重；气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，并污染环境，限制了电池的应用。近二十年来，为了解决以上的两个问题，世界各国竞相开发密封铅酸蓄电池，希望实现电池的密封，获得干净的绿色能源。1912年，Thomas Edison发表专利，提出在单体电池的上部空间使用铂丝。在有电流通过时，铂被加热，成为氢，氧化合的催化剂，使析出的H2 ，O2重新化合，返回电解液中。但该专利未能付诸实现，原因如下：铂催化剂很快失效；气体不是按氢1氧2的化学计
10、量数析出，电池内部仍有气体发生；存在爆炸危险。60年代，美国Gates公司发明铅钙合金，引起了密封铅酸电池的开发热，世界各大公司投入大量人力物力进行开发，1969年，美国登月计划实施，密封阀控铅酸蓄电池和镉镍电池被列入月球车用动力电源，最后镉镍电池被采用，但密封阀控铅酸蓄电池技术从此得到发展。19691970，美国EC公司制造了大约35万只小型密封铅酸蓄电池，该电池采用玻璃纤维棉隔板，贫液式系统，这是最早的商业用阀控式铅酸蓄电池，但当时尚未认识到其氧再化合原理。1975年，Gates Rutter公司在经过许多年努力并付出高昂代价的情况下，获得了一项D型密封铅酸电池的发明专利，成为今天VRLA
11、的电池原型。1979年，GNB公司在购买Gates公司的专利后，又发明了MFX正板栅专利合金，开始大规模宣传并生产大容量吸液式密封免维护铅酸蓄电池。1984年，VRLA电池在美国和欧洲得到小范围应用。1987年，随着电信业得飞速发展，VRLA电池在电信部门得到迅速推广使用。1991年，英国电信部门对正在使用的VRLA电池进行了检查和测试，发现VRLA电池并不像厂商宣传的那样，电池出现了热失控，燃烧和早期容量失效等现象，这引起了电池工业界的广泛讨论，并对电池的发展前途、容量监测技术、热失控和可靠性表示了怀疑，此时，电池市场占有率还不到富液式的50，原来提到的“密封免维护铅酸电池”名称正式被“VR
12、LA电池”取代，原因是VRLA电池是一种还需要管理的电池，采用“免维护”容易引起误解。1992年，针对1991年提出的问题，电池专家和生产厂家的技术员纷纷发表文章提出对策和看法。其中，Darid Feder提出利用测电导的方法对VRLA电池进行监测。I.c.Bearinger从技术方面评述VRLA电池的先进性。这些文章对VRLA电池的发展和推广起到了很大的促进作用。1992年，世界上VRLA电池用量在欧洲和美洲都大幅度提高，在亚洲电信部门提倡全部采用VRLA电池。1996年，VRLA电池基本取代了传统的富液式电池，VRLA电池已经得到了广大用户的认可。1.1.3铅酸蓄电池基本结构及基本术语图1
13、.1主要零部件作用：l 槽、盖：放置极群和硫酸。l 安全阀: 排气、隔绝空气，防止失水。l 极 柱：连接导线，传导电流。l 板 栅：支撑活性物质，传导电流。l 极 板：提供反活性物质（正负极板）。l 隔 板：隔离正负极板，吸附硫酸，提供氧复合通道。基本术语：l 正极活性物质：二氧化铅（Pbo2）l 负极活性物质：铅（Pb）l 电解质溶液：稀硫酸（H2 SO4）l 板栅合金：铅钙锡铝多元合金（Pb-Ca-Sn-Al）l 铅膏：氧化铅（PbO）和硫酸铅（PbSO4）l 单体电压：2V1.1.4铅酸电池的工作原理 铅酸蓄电池的化学表达式为 （-）Pb|H2SO4|PbO2(+)铅酸蓄电池是典型的二次
14、电池，能满足二次电池的如下要求：电极反应可逆，是一个可逆的电池体系；只采用一种电解质溶液，避免因采用不同的电解质而造成电解质之间的不可逆扩散；放电产生难溶于电解液的固体产物，可避免充电时过早生成枝晶和两极产物的转移。（1） 铅酸蓄电池充放电原理铅酸蓄电池的正极活性物质是PbO2，负极活性物质是海绵状金属铅，电解液是稀硫酸。 铅酸蓄电池充放电原理见下图：（2） 放电过程 放电前的状态蓄电池在放电前处于完全充足电的状态，即正极板为具有多孔性的活性物质PbO2，负极板为具有多孔性的活性物质Pb，正负极板放在硫酸的溶液之中。 溶解电力产生电动势正极板：PbO2属于碱性氧化物，与硫酸作用，生成过硫酸铅P
15、b(SO4)2和H2O，产生可你的氧化还原反应（电离），即：其中过硫酸铅不稳定，它又被分解成为Pb4+和2SO42-,即：Pb4+沉淀覆盖在正极板上，SO42-溶入电解液中。所以，正极板相对电解液（参考点）具有+2.0V的电位。先电离出来的正负离子将分别阻碍后电离出来的正负离子。随着电离的进行，电离与反电离将达到平衡。负极板：根据电极电位原理，金属Pb在硫酸溶液的溶解张力作用下，Pb2+溶解到电解液中，而负极上留下2e，即： Pb Pb2+2e所以，负极板相对电解液（参考点）形成约-0.1V的电位。先溶解出来的离子和电子将分别阻碍后电离出来的离子和电子。随着溶解的进行，溶解与反溶解将达到平衡。
16、由此可见，蓄电池将产生电动势E，即：E=2.0V-（-0.1V）=2.1V。 放电 当外电路接通时，在正负极板间的电场力作用下，负极板的电子2e将沿着外电路定向移动到正极板形成放电电流If .正极板上4价的铅离子将得到2个电子2e变成2价的Pb2+即： Pb4+2ePb2+ 2价的铅离子很容易与溶液中的SO42-结合，成为较稳定的PbSO4,沉附于正极板上，即： Pb2+ +SO42-PbSO4 显然，电离与反电离的相对平衡被打破，电离又将进行。 负极板上由于失去了2个电子，Pb2+与2e的束缚力消失，Pb2+很容易与另一个SO42-结合，成为较稳定的PbSO4沉附在负极板上，即： Pb2+
17、+SO42-PbSO4 显然，溶解与反溶解的相对平衡被打破，溶解又将进行。以上电离与反电离，溶解与反溶解的相对平衡被打破，溶解电离将继续进行，以维持放电电流。电解液随着溶解电离的进行，硫酸逐渐减少，水逐渐增多，故比重C逐渐减少。 放电的生成物放电后正负极板的生成物均为PbSO4，电解液中的生成物为H2O。理论上讲，随着放电的进行，上述过程将进行到正负极板上的活性物质全部转变为硫酸铅，电解液全部变成水，电动势减少到零为止，即完全放电状态。但实际上是不可能的，因为电解液很难渗透到极板的最内层去。（3 充电过程1）充电前的状态蓄电池充电前处于完全放电状态，而充电是放电的逆反应，充电的反应物就是放电的
18、生成物。2）溶解电离 PbSO4虽然稳定，但仍属微溶性物质，微量的PbSO4溶解于电解液中，并进行电离，即： PbSO4 Pb2+ SO42-3) 充电在外电场力的作用下，使得正极板处Pb2+失去2个电子，并沿外电路定向移动到负极板，形成充电电流Ic。正极板处Pb2+由于失去2个电子变成了4价的铅离子Pb4+，即： Pb2+-2e Pb4+ Pb4+与2 SO42-结合生成过硫酸铅，即： Pb4+2 SO42-Pb(SO4)2过硫酸铅再与水作用，生成PbO2和H2SO4,即： Pb(SO4)2+2H2OPbO2+2 H2SO4PbO2则沉淀覆盖在正极板上，H2SO4与电解液之中。负极板处，2价
19、的Pb2+获得从正极板过来的2个电子而变成Pb，即： Pb2+2ePb铅沉附于负极板上，电解液随着充电的进行，硫酸逐渐增多，水逐渐减少，故比重C逐渐增大。4） 充电后的生成物充电后，正极板中的生成物为PbO2，负极板中的生成物为Pb，电解液中的生成物为H2SO4。1.1.5 VRLA氧复合原理密封铅酸蓄电池在设计上限制正极容量，而负极活性物质容量过剩，以保证充电时正极优先析出氧气，而负极上部产生氢气。 2 H2O O2+4H+4e析出的氧气穿透隔膜扩散到负极，与海绵铅反应： Pb+1/2O2+ H2SO4 PbSO4+ H2O同时氧气在负极还可能发生电化学还原反应： O2+4H+4e2 H2O
20、这样，不会在电池内积累氧气，负极一直处于充电不足状态，不会析出氢气。1.1.6铅酸电池的分类(1)按国际标准规定分类 启动型蓄电池：主要用于汽车、摩托车、拖拉机、柴油机等启动和照明；固定型蓄电池：主要用于通讯、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源；牵引型蓄电池：主要用于各种蓄电池车，叉车，铲车等动力电源；铁路用蓄电池：主要用于铁路内燃机车、电动机车、客车启动、照明之动力；储能用蓄电池：主要用于风力、太阳能等发电用电能储存。 (2)按极板结构分类涂膏式：将铅氧化物用硫酸溶液调成糊状铅膏，涂在用合金铸成的板栅上，经干燥，化成形成活性物质。管式：用铅合金制成形式不同于涂膏式板栅的骨架，在骨
21、架外套以编制的纤维管，管中装入活性物质。形成式：极板有纯铅铸成，活性物质是铅本身在化成液中经反复充、放电形成一薄层。(3)按蓄电池盖和结构分类有开口式、排气式、防酸镉爆式和密封阀控式蓄电池。(4)按蓄电池维护方式分类有普通式、少维护式、免维护式蓄电池。1.2我国铅酸蓄电池产业电池工业是新能源领域的重要组成部分，是全球经济发展的一个新热点，与电力、交通、信息等产业发展息息相关，是社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产品。铅酸蓄电池凭借其性能价比高、大容量、高功率、长寿命、安全可靠等优点，是目前世界上产量最大、用途最广的一种电池，铅酸蓄电池销售额占全球电池销售额的30%以上。铅作为铅酸蓄电池最为
22、重要的原料，其质量和价格的高低直接影响蓄电池产业未来的发展，铅和铅酸蓄电池的发展是相辅相成的。现就对近年来我国铅酸蓄电池发展现状进行分析，谈点自己的感想。1.2.1 我国铅酸蓄电池行业现状随着我国经济的持续快速发展，中国汽车、摩托车、电动助力车、通信、信息、电力等基础产业发展十分迅速，这些行业在我国处于一个高速成长期，对铅酸蓄电池的需求日益增长，铅酸蓄电池工业呈持续、快速增长趋势。据不完全统计，我国铅酸蓄电池制造厂家已达到1500家左右，生产量平均以每年约20的速度快速增长，铅酸蓄电池产量约占世界产量的1/3，出口量、出口额分别以每年高达29和34左右的速度递增，在国际市场上具有举足轻重的地位
23、，成为全球铅酸蓄电池的生产和消费大国。2003年，中国铅酸蓄电池的销售额约130亿元人民币，约占中国电池销售总额的1/3，占二次电池销售总额的45%。2004年，由于铅等原料价格的集聚增长，影响了市场销售和利润，但由于国内需求和出口的增长，中国铅酸蓄电池产量达到了约6000万KVAH，销售额约150亿元。2005年，铅酸蓄电池总产量达6645万KVAH，销售额200亿元左右，出口额8.2亿美元，同比增长40%。蓄电池产量年平均增长远远高于国民经济的增长速度和欧美等发达国家，起动蓄电池增长15%以上，固定电池增长30%，动力电池增长50%以上。2006年，铅酸蓄电池产量为7777.8万KVAH，
24、销售额350亿元.2007年，铅酸蓄电池产量为9359.8万KVAH，销售额503亿元。其产品结构见下图：2007年我国铅酸蓄电池产量结构图产品汽车启动用电动助力车用固定用摩托车用小型阀控密封牵引用特种电池电动道路车用其他用占比37.33%29.08%18.60%5.48%5.23%1.83%0.62%0.09%1.75%随着中国市场经济进程的加快，铅酸蓄电池企业已呈现优胜劣汰趋势，地域性规模企业逐步形成并壮大，市场份额逐年增长。仅以助动车用铅酸蓄电池企业为例，浙江省长兴县的蓄电池产业是随着近年来我国电动助力车产业的兴起迅速发展壮大，2003年，铅酸蓄电池企业有175家之多，销售额为9.0亿元
25、；2004年开始进行了专项整治，到2005年蓄电池企业保留下来53家，销售额为21.55亿元，到2007年底，销售额为71.6亿元，年均增长67.9%，约占国内市场份额的45%左右，预计2011年销售额可达140亿元。1.2.2 铅酸蓄电池产业发展前景未来几年,我国铅市场还将主导全球铅工业，中国铅市场平衡和精铅出口量将继续影响国际供求平衡。2006年，全国用铅量为280万吨，其中铅酸蓄电池的耗铅量为172万吨，占61.4%，预计到2010年，我国铅酸蓄电池的耗铅量将达到256.5万吨，可以说铅酸蓄电池产业发展的状况直接决定着铅产业的运行情况。从铅酸蓄电池的最终消费领域来看，汽车(包括低速汽车等
26、)耗铅所占比例约为37.33%，电动助力车耗铅占比为29.08%左右，通讯和UPS电源占比为14%，预计随着我国汽车、通讯、电力、交通等行业的高速成长，各类型铅酸蓄电池的市场空间均会有大的拓展，平均保持10%的增长速度，铅酸蓄电池消费市场还有很大空间，铅的需求仍将保持较快增长。未来促进铅酸蓄电池快速增长的几大因素。1、汽车市场根据国务院发展研究中心的“中国汽车市场需求预测”，中国已成为世界第四大汽车生产国。据统计，我国汽车用铅酸蓄电池需求量近5年以年均17%的速度递增。汽车产量到2010年将达到800-1000万辆，2020年将达到1400-1800万辆，家用轿车持有量将达到7200万辆。汽车
27、业的快速发展将继续成为铅蓄电池工业持续快速增长的重要拉动因素。中国汽车产量和保有量见图。2005-2010年中国汽车保有量和新车产量汽车工业的快速发展为起动铅酸蓄电池市场提供了巨大的市场，根据对约40家铅酸蓄电池骨干企业统计结果，2005年起动铅酸蓄电池产量为2001万KVAH(约2152万只)，较2000年1188万KVAH（约1277万只），增长了68%。未来十年仍将约以15%的发展速度增长，预计2010年，起动蓄电池的市场容量将超过5000万只（4651万KVAH），耗铅量将达到80万吨以上，全年精铅消费量将达到100万吨以上。2、摩托车用市场2007年1-10月，摩托车工业累计生产完成
28、2054.13万辆，累计销售完成2058.13万辆，同比增长16.00%和17.42%，摩托车产销双双突破2000万辆，实现较快增长。预计2010年我国摩托车产量将超过2900万辆左右，社会保有量约1亿辆左右。同时，电动摩托车也是较大的潜在市场。摩托车产业的发展也为铅酸蓄电池提供了巨大市场。3、电动助力车市场电动助力车作为欠发达国家的代步工具和发达国家的健身工具，已越来越受欢迎，该产品已成为政策鼓励的“绿色产业”，近5年来产业规模和产销量每年保持50%以上的增长速度。此外，按照以往蓄电池市场变化，电动助动车用铅酸蓄电池是每年的2月-4月销售情况较好，8月-10月为销售旺季，但自去年以来，随着铅
29、价的不断波动，蓄电池生产企业无所适从，该销售规律已不十分明显。2010年中国轻型电动车的产销量将可能达到3000万辆，出口量将可能达500万-600万辆。今后较长时间内仍将保持50%以上的速度持续增长，虽然市场受到镍氢电池和锂电池的挑战，但是由于高比能量铅酸蓄电池的研发，质量不断提高，市场不断成熟，且价格较低，在中国，铅酸蓄电池仍将充当电动助力车的主角，拥有巨大的配套电池和替换电池市场。到2015年中国电动助力车的产值将达到达到1000亿元，其中配套电池160亿元，二级市场的替换电池达480亿元，这是一个巨大的市场。1998年-2007年我国电动车产量汇总表年度年产量（万套）电动车保有量（万辆
30、）配套电池数量（万套）配套电池容量（万KVAH）备 注1998年5.8663按“12V12AH，3只1辆”计算1999年14.820.620.692000年2949.649.6212001年58107.6107.6462002年165272.6272.61182003年400672.6672.62912004年675.71348.31348.35822005年12092557.32557.311052006年19504507.34507.319472007年2138.26645.56645.528714、通信市场我国通信业正处于一个高速发展期，平均每年的增长速度超过20%，到2007年底，国内
31、电话用户已突破9亿，居世界首位。通信行业是铅酸蓄电池的主要用户，阀控式铅酸蓄电池占目前市场需求总量的2/3，中、小型密封电池在邮电系统的主要应用领域为用户接入网和通信专网，从2000年开始，这一领域呈现出强劲的势头，市场潜力巨大。2005年以后，通信行业开始向3G过渡，根据天相投资公司的预计，2008年和2009年两年内，我国3G投资总额分别为1000亿元、2000亿元，而2011年3G投资总额将下降到1100亿元，2012年到800亿元。由此可看出，3G新兴市场将给阀控和胶体电池带来大约50亿元的市场机会。信息的快速发展，给电源市场带来了巨大的商机和挑战。5、UPS应急市场UPS/EPS应急
32、电源已被广泛应用于建筑电气领域和特殊应急供电场合。全球主要的UPS厂商几乎全部进入中国市场，而中国UPS产量已占全球总需求量的20%左右，正成为UPS产品全球制造中心，UPS在中国市场发展加快，数据显示，2005年国内产品销量增加10%，销售额增加8%，2006年也是稳中有升，预计2008年销售额达到27亿元。6、电力市场电力行业是我国重点发展的基础行业，“十五”期间每年投资达800亿元。“十一五”期间，电力工业将有更大发展：2007年我国新增9000万千瓦左右的电力装机，全国电力总装机突破7亿千瓦大关，位居全球第二；2010年中国电力装机容量将达到8.18亿千瓦，年均增长9.8%。到2020
33、年，国家将投入2.5万亿元发展可再生能源，力争使可再生能源发电装机容量的比例达到30%以上。据预测，4.5亿千瓦发电机需要约600万KVAH的铅酸电池，那么到2010年电池的需求量在1091万KVAH左右。7、储能市场在当今能源发展趋势下，绿色新能源如风能、太阳能正在得到大力开发和利用，已成为电力工业重要的组成部分。阀控铅酸蓄电池凭着其低廉的价格与广泛的工作温度范围，已广泛应用在太阳能发电、风力发电、发电厂等方面的储能，在绿色能源发展方面起着重大作用。风力发电、太阳能发电已列入国家计划。2002年开始，国家投资48亿元进行中国西部地区太阳能光伏电池发展的大规模建设，带动了储能用铅酸蓄电池的需求
34、增长。同时，储能电池的国际市场也在迅速扩大。1.2.3我国蓄电池产业面临的问题1、原材料价格波动据有关报导，按现在的开采速度，已探明的中国铅矿仅可供开采15年左右。近几年来，铅价上涨与波动，牵制着铅酸蓄电池的市场发展，若铅价不断上涨将可能使铅酸蓄电池失去其廉价优势，特别是小型便携式电池和工业电池。随着氢镍电池、锂离子、锂聚合物等新型电池技术的逐步成熟和成本的降低，电动车、电动汽车、混合电动车等车用电源、备用电源、移动电源和某些工业用固定电源，铅酸蓄电池有可能被逐步替代的危险。替代产品的竞争力主要取决于低成本材料的开发和应用技术的成熟度。2、环保压力更加突出铅酸蓄电池生产过程和废弃电池对环境的污
35、染，已经引起世界各国的高度重视。2007年11月24日国家环保总局提出地区减排不达标党政一把手就地免职，“十一五”主要污染物总量减排考核办法、“十一五”主要污染物总量减排统计办法、“十一五”主要污染物减排检测办法三个文件构成了“十一五”期间主要污染物减排考核工作的“三大体系”，将减排不达标跟政绩挂钩；而近几年，因为环保问题或职工血铅超标与当地或职工产生纠纷，并被新闻媒体报导的铅酸蓄电池企业越来越多；还面临着铅酸环境污染和铅职业病的威胁。因此，企业必须严格执行清洁生产促进法、职业病防治法这两部新的法律。为规范铅酸蓄电池生产，防治生产过程的铅污染，国家有关部门不断加强对铅酸蓄电池企业的管理和督促，
36、严格实行生产许可证制度，要求安装各类环保设施，要求对废铅酸蓄电池安全、高效、低成本回收和再生等做了具体要求，铅污染防治要求的提高，将使铅行业和铅酸蓄电池行业的经营成本相应提高，廉价优势削弱。3、出口形式严峻2006年9月，国家取消了铅酸蓄电池13%的出口退税；铅酸蓄电池被列入加工贸易类禁止类目录，列入此目录的商品进口一律征收进口关税和进口环节税；2007年6月，对铅锭加征10%的出口关税；欧盟最近又颁布了电池和蓄电池指令，对电池中的铅提出了更严格的指标要求，并涉及承担昂贵的回收费用，大大提高了电池注册费用和检测费用，大幅度提高了电池生产成本和出口销售成本，使得铅酸蓄电池出口很大程度上受到负面影
37、响。总的来说，铅酸蓄电池产业面临的机遇大于挑战，到2011年前仍将是二次电池中的主导产品之一，预计年均增长率20%以上，继续引领精铅消费强劲增长；铅酸蓄电池的技术进步将加快，向高功率、免维护发展；要保持铅酸蓄电池工业的持续发展，重视铅污染的防治和再生铅的加工已经成为我国铅酸蓄电池业的当务之急；企业和行业之间加强自律，建立起有效的管理网络，共同促进铅和铅酸蓄电池市场的健康有序快速发展。第二章 电池设计 铅酸蓄电池主要由正极板、负极板、电解液、板栅、电池盖组成。因此电池产品的设计主要围绕以上进行。2.1电池容量铅酸蓄电池的容量，是指把完全处于充电状态的铅酸电池，按一定的放电条件，放电到所规定的终止
38、电压时，能够释放的电量，用(A.h)表示，电池的容量分为理论容量，实际容量和额定容量之分。汽车用铅酸电池的工作主要是为汽车启动提供能量和点火，照明及其他用设备提供能量。因此此设计中的电池20h率额定容量为75Ah。汽车启动用铅酸蓄电池的标准电压为12V，因此需要6个单体串联。 Co=26.8nmo/M= mo/q (Ah) (2-1)其中: Co.理论容量 mo.活性物质完全反应的质量 M.活性物质摩尔质量 n.成流反应得失电子数 q.活性物质电化当量20小时率放电容量保持率为0.95，则理论容量 Co=750.95=78.94 Ah正极活性物质PbO2 ,摩尔质量为239.2g/mol，成流
39、反应得失电子数n=2. mo = Co .M/26.8n=78.94239.2 (26.82) =352.3 g汽车薄极板的情况下，一般正极活性物质利用率为48%55%左右。取活性物质利用率为50%，则 m=mo/ =352.3 0.5=704.6g前面已述，此铅酸电池时由6个电池单体串联，因此电池容量等于每个单体容量。计算所得的活性物质质量即为单体电池所需含有的活性物质量。负极活性物质为Pb,摩尔质量为207.2 g/mol. mo = Co .M/26.8n=（78.94207.2）（26.82）=305.15g一般负极活性物质的利用率为60%70%，取负极活性物质的利用率为65%。负极容
40、量过剩，去负极容量过剩20%，则 m=mo/=305.150.65=469.46g实际负极所含活性物质 m=469.461.2=563.35g2.2 极板的设计极板主要包括铅膏和板栅两个部分。极板是整个铅酸电池最重要的部件，对铅酸蓄电池的性能起着决定作用。由于汽车用铅酸蓄电池主要性能是要能够大电流放电，需要设计成薄极板。正极板的厚度为1.52.0mm,负极板的厚度为1.01.6mm.2.2.1铅膏配方铅膏是极板活性物质的母体，是由一定氧化度和表观密度的铅粉与水和硫酸溶液通过机械搅拌混合而形成的具有一定可塑性的膏状物质。铅膏在铅酸蓄电池的作用主要是为电化学反应提供和贮存所需要的物质。铅膏的组成：
41、氧化铅，硫酸铅、一碱式硫酸铅、三碱式硫酸铅、四碱式硫酸铅、金属铅、氢氧化铅、水及各种添加剂。为了满足汽车用铅酸蓄电池的初始容量高的要求，铅膏中三碱式硫酸铅的含量应该高。（1） 正极铅膏 铅酸蓄电池的功率密度和能量密度低，除由于铅及其化合物密度较大之外，还存在活性物质利用率低。特别是正极活性物质。在汽车型薄极板的情况下，一般，正极活性物质的利用率为48%55%左右。而且，蓄电池的使用寿命也在很大程度上取决于正极。近年来，采用添加剂来提高正极活性物质利用率和寿命方面的研究已经取得了一定的成效。正极活性物质利用低的原因有：反应产物为不良导体硫酸铅，它将二氧化铅包住，致使二氧化铅颗粒内部物质不能参加反
42、应；电极反应优先在电极表面上进行，摩尔体积大于二氧化铅的硫酸铅堵塞了多孔电极的孔口，使反应物硫酸不能顺利扩散到多孔电极的深处，电极内部残留较多的未反应物质；放电产物硫酸铅使电池的内阻随放电而增大。提高正极活性物质利用率的添加剂有：导电性添加剂如碳素材料和各向异性石墨，镀氧化锡的玻璃小片和导电的金属氧化物；可提高正极酸供应的添加剂如羧甲基纤维素，空心玻璃微球，合成纤维等；其他功能添加剂如铋极其氧化物等。改善正极循环寿命的添加剂有：磷酸及其盐类的作用：降低正极活性物质的软化速度，减少脱落，从而提高蓄电池的循环寿命；改善板栅材料与腐蚀产物的结合力，阻止硫酸铅阻挡层的形成；可以抑制析氧的过程；硫酸钴：
43、由于钴离子可使板栅腐蚀膜密度增大从而使板栅和活性物质的结合得以增强，以抑制活性物质的软化和脱落；纤维材料：提高极板的强度，可防止加工过程中的损坏。（2） 负极铅膏BaSO4是各种用途的蓄电池都必须加入的无机膨胀剂，但对低温启动的去钝化作用不够，还必须与有机膨胀剂联合使用。没有膨胀剂负极活性物质，在充放电的循环中，放电时形成致密少孔的PbSO4层覆盖在铅上。这种缺孔沉积物的形成，引起活性物质的紧急收缩，极大的降低负极的比表面积，使得负极在相当少的循环后就丧失工作能力。在负极组分中加入某些添加剂，可以减缓这种收缩倾向，通常称为膨胀剂，准确的说是防收缩剂。硫酸钡为无机膨胀剂，它与PbSO4具有近似的
44、结晶参数，在负极活性物质中加入高分散的同晶硫酸钡或硫酸锶，放电时可以作为硫酸铅的结晶中心，硫酸铅可以在硫酸钡上析出，而无需形成硫酸铅的结晶中心。这样就不会产生由于要形成晶核而必须的过饱和度，这带来两点好处：首先，浓差过电势降低；其次在低过饱和度条件下所形成的硫酸铅层压实程度小于高过饱和度下所形成的硫酸铅层，这有利于硫酸的扩散，有利于电极的的深度放电。硫酸钡是惰性的，不参加电极的氧化还原过程，它高度分散在活性物质中，使放电时生成的PbSO4不是覆盖在金属铅上而形成致密连续的钝化层，而是保持电极物质的大比表面积，充电时防止收缩。当硫酸钡与有机膨胀剂联合使用时，其钝化作用将加强，使这时既要求大电流放电时间延长，并能在循环过程中保持去钝化作用，故在汽车启动电池中，这时既要求大电流保持一定时间，又要保持一定电压时（即要求一定功率才能启动），必须无机与有机膨胀剂联合使用。最近几年提高了BaSO4的含量到110%，改善了负极活性物质的寿命。在国内使用的有机膨胀剂大多数厂家为腐植酸（humic acids），通常小于1%的数量加到负极铅膏中，可以明显提高电池的常温，低温