第一節(jié) 鉛酸蓄電池起源
GastonPlante于1859年在法國(guó)科學(xué)院展示了第一個(gè)鉛酸蓄電池。和堿錳電池一樣，電池反應(yīng)的化合物沒(méi)有改變，還是最先被發(fā)明時(shí)的樣子，但是內(nèi)部設(shè)計(jì)、鉛合金的組成、包裝材料以及工作方式都發(fā)生了完全的改變。通過(guò)以下工程技術(shù)的改進(jìn)，車(chē)輛啟動(dòng)電池（SLI）功率密度顯著提高：1）采用聚丙烯取代硬質(zhì)橡膠來(lái)作為薄壁箱體的材料，能夠剩余出更多空間來(lái)安裝電池極板，2）電池內(nèi)部連接采用穿壁焊降低了內(nèi)阻并且增加了活性物質(zhì)的容量，3）更薄的聚合物隔膜進(jìn)一步降低了內(nèi)阻并且增強(qiáng)了電池啟動(dòng)引擎時(shí)的功率，4）采用含鈣的合金作為板柵材料，能夠使得電池在使用期間無(wú)需維護(hù)。
貝爾實(shí)驗(yàn)室采用圓形電池結(jié)構(gòu)來(lái)為電話中繼局提供長(zhǎng)時(shí)間有效的后備電源。這種電源在70年代中期商業(yè)化。它到現(xiàn)在已經(jīng)有了很長(zhǎng)的卓越表現(xiàn)歷史，為建立可信賴的電話通訊系統(tǒng)做出了重要貢獻(xiàn)。
小型低維護(hù)鉛酸蓄電池采用凝膠電解質(zhì)來(lái)避免漏液，用作移動(dòng)設(shè)備電源。不久以后，商業(yè)化的卷繞式的圓柱電池就在美國(guó)出現(xiàn)了，它用玻璃氈來(lái)吸納電解質(zhì)酸。這種電池在以高電壓、低成本在緊急照明和其他需要考慮預(yù)算的領(lǐng)域取代了密封鎳鎘電池。兩項(xiàng)新的技術(shù)，稱為閥控鉛酸蓄電池（VRLA）技術(shù)，從數(shù)個(gè)安培小時(shí)到幾千個(gè)安培小時(shí)的幾乎所有的鉛酸蓄電池上應(yīng)用了。采用了新的板柵合金和水基涂布過(guò)程，因此在化成時(shí)必須很小心，來(lái)保證電池能夠有長(zhǎng)的循環(huán)壽命。采用薄電極的電池組能夠提供相當(dāng)打的電流。電池組從一開(kāi)始就用作緊急照明的后備電源和通信電源?，F(xiàn)在它還用于啟動(dòng)、照明和點(diǎn)火（SLI）。
電池根據(jù)SLI和電動(dòng)車(chē)的不同需要而分別設(shè)計(jì)。啟動(dòng)電池工作在低放電深度但是高倍率而電動(dòng)車(chē)電池需要在小一些的電流下面工作更長(zhǎng)時(shí)間，達(dá)到更深的放電深度。在汽車(chē)上增加各種電子設(shè)備的的趨勢(shì)現(xiàn)在達(dá)到了一個(gè)瓶頸，目前的SLI電池負(fù)荷有限無(wú)法提供設(shè)備的能量和功率的需求。因此，電池工業(yè)正準(zhǔn)備通過(guò)增加一個(gè)36V的VRLA電池來(lái)和原來(lái)的12V富液電池一起組成一個(gè)42V的電源體系。新的36V電池通常是纏繞結(jié)構(gòu)，具有高的表面積和高的功率輸出能力。這個(gè)新系統(tǒng)將在未來(lái)的10年內(nèi)普及，達(dá)到減少車(chē)輛燃料消耗和增加新的舒適、安全設(shè)備的目的。
能量存儲(chǔ)和不間斷后備電源越來(lái)越多的被用于各種用途，因?yàn)殡娋W(wǎng)會(huì)老化，變得越來(lái)越不可靠。發(fā)電系統(tǒng)和電壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)受到環(huán)境的局限，對(duì)可靠電源需求的增加和對(duì)安全相關(guān)的電源需求的增加使得能量存儲(chǔ)電源系統(tǒng)的市場(chǎng)增大。一個(gè)持續(xù)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)需要可靠度極高的電源，因此，一個(gè)包含后備電池的電源調(diào)節(jié)電路能夠防止斷電、過(guò)壓、電峰值、欠電壓等等情況。和主電網(wǎng)相連的電池系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了40MW的水平。甚至脫離電網(wǎng)無(wú)需電壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直接給用戶供能的燃料電池系統(tǒng)也需要鉛酸電池來(lái)達(dá)到最佳工作狀態(tài)。燃料電池系統(tǒng)在一個(gè)恒定負(fù)載的情況下能夠更有效率的工作，但是家庭用戶在電器設(shè)備開(kāi)關(guān)的時(shí)候總會(huì)造成電能的脈沖。鉛酸電池能夠消除一半這樣的脈沖來(lái)減小設(shè)備的損耗和燃料的使用。鉛酸電池還要為燃料電池的啟動(dòng)提供動(dòng)力。
可再生能源系統(tǒng)，如太陽(yáng)能和風(fēng)能需要電池來(lái)存儲(chǔ)電能以便能夠在晚上和陰天使用。在這些體系中，富液電池和VRLA電池都能夠用于這些體系。很多這樣的系統(tǒng)不跟主電網(wǎng)相連。這些偏遠(yuǎn)地區(qū)的電源供應(yīng)（RAPS）一般0.1到10KW但是需要一個(gè)容量在1到100KWh的電池。大型電池的操作、在偏遠(yuǎn)地區(qū)安置電池和惡劣的環(huán)境給儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。高額維護(hù)費(fèi)用促成了遠(yuǎn)距離監(jiān)控設(shè)備的發(fā)展。監(jiān)視和控制電池充電狀態(tài)的方法和評(píng)估電池壽命的方法在不斷進(jìn)步。在惡劣的環(huán)境中，交互式電子控制器能夠根據(jù)溫度調(diào)整充電電壓和限制充電電流來(lái)最大限度地增加VRLA電池的壽命和安全。
在很多設(shè)備中，電池只放電到50％或者遠(yuǎn)低于它們的容量但是幾乎從不充滿。鉛酸蓄電池在這種部分充電狀態(tài)（PSOC）模式下和原來(lái)相比將會(huì)有多種失效的模式。這些新出現(xiàn)的失效原因給電池設(shè)計(jì)者帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。研究這些失效模式的電化學(xué)機(jī)理，改進(jìn)電池隔膜、電極添加劑和集流體的鉛合金材料等能夠增強(qiáng)電池的性能和壽命。
盡管超過(guò)96％的鉛酸電池會(huì)被回收，但是仍然需要延長(zhǎng)它們的壽命。目前，對(duì)所有類型的車(chē)輛的研究顯示鉛酸蓄電池的壽命能夠顯著的延長(zhǎng)。通過(guò)添加特殊的碳和聚合物添加劑能夠使低性能電池和失效電池重新使用。
第二節(jié) 鉛酸蓄電池的分類
按蓄電池極板結(jié)構(gòu)分類：有形成式、涂膏式和管式蓄電池。
按蓄電池蓋和結(jié)構(gòu)分類：有開(kāi)口式、排氣式、防酸隔爆式和密封閥控式蓄電池。
按蓄電池維護(hù)方式分類：有普通式、少維護(hù)式、免維護(hù)式蓄電池。
按我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定主要蓄電池系列產(chǎn)品有：
起動(dòng)型蓄電池：主要用于汽車(chē)、拖拉機(jī)、柴油機(jī)船舶等起動(dòng)和照明。
固定型蓄電池：主要用于通訊、發(fā)電廠、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為保護(hù)、自動(dòng)控制的備用電源。
牽引型蓄電池：主要用于各種蓄電池車(chē)、叉車(chē)、鏟車(chē)等動(dòng)力電源。
鐵路用蓄電池：主要用于鐵路內(nèi)燃機(jī)車(chē)、電力機(jī)車(chē)、客車(chē)起動(dòng)、照明之動(dòng)力。
摩托車(chē)蓄電池：主要用于各種規(guī)格摩托車(chē)起動(dòng)和照明。
煤礦用蓄電池：主要用于電力機(jī)車(chē)牽引動(dòng)力電源。
儲(chǔ)能用蓄電池：主要用于風(fēng)力、水力發(fā)電電能儲(chǔ)存。略……
第三節(jié) 全球鉛酸蓄電池狀況分析
一、中國(guó)的鉛酸蓄電池現(xiàn)狀
中國(guó)是全球鉛酸蓄電池的產(chǎn)銷大國(guó)，2003全年產(chǎn)量達(dá)6億只，銷售額達(dá)100億人民幣。
鉛酸蓄電池作為穩(wěn)定電源和主要的直流電源，與我們的社會(huì)生活息息相關(guān)。普遍應(yīng)用于汽車(chē)、通訊、廣電、IT、電力、鐵路、航空、港口、軍事、金融、能源等領(lǐng)域，需求廣泛，用量巨大。但是，現(xiàn)行各類鉛酸蓄電池產(chǎn)品，無(wú)論是國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，通常在1—2年內(nèi)就易產(chǎn)生充電困難、容量降低等現(xiàn)象，過(guò)早失效報(bào)廢，無(wú)法使用。這一直是困擾我們的世界性難題。
鉛蓄電池電極板的使用壽命，在設(shè)計(jì)上，一般為10年，而實(shí)際鉛蓄電池的使用壽命只有1—2年。鉛蓄電池劣化的主要原因是電極板上覆蓋的硫酸鉛沉積物堆積造成電路阻塞而必需更換。2003年，國(guó)內(nèi)報(bào)廢的鉛酸電池達(dá)1億多只，一般的中小城市即達(dá)數(shù)萬(wàn)只以上，大中型城市則達(dá)幾十萬(wàn)乃至數(shù)百萬(wàn)只。鉛酸蓄電池的過(guò)早報(bào)廢不僅嚴(yán)重浪費(fèi)能源，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。國(guó)家規(guī)定各地廢舊電池不得外運(yùn)，只能自行消化處理。
因此，鉛酸蓄電池的日常保養(yǎng)和維護(hù)，廢舊電池的回收和再利用，已成為各級(jí)政府及各企事業(yè)單位的關(guān)注熱點(diǎn)。
二、發(fā)達(dá)國(guó)家的鉛酸蓄電池狀況
在美國(guó)，歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，鉛酸蓄電池的使用范圍非常廣泛。2003年全球年銷售額為198億美元，美國(guó)年產(chǎn)量達(dá)70億美元，占全球產(chǎn)量的1/3。
在發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)鉛酸蓄電池的生產(chǎn)、銷售、使用、日常維護(hù)和保養(yǎng)、廢舊電池復(fù)原技術(shù)處理、廢舊電池的回收再利用等，都有一套極其嚴(yán)格和規(guī)范的管理體系并形成產(chǎn)業(yè)化。
在美國(guó)，僅鉛酸蓄電池的日常保養(yǎng)和維護(hù)及廢舊電池的復(fù)原處理和回收利用的從業(yè)人員即達(dá)數(shù)十萬(wàn)之眾，年創(chuàng)效益達(dá)千億美元之巨。
在日本，鉛酸蓄電池的從業(yè)人員達(dá)10余萬(wàn)，年創(chuàng)效益達(dá)數(shù)百億美元。
第四節(jié) 我國(guó)鉛酸蓄電池的使用現(xiàn)狀分析
一、鉛酸蓄電池的用量巨大：
鉛酸蓄電池歷史悠久，性能穩(wěn)定，占據(jù)了二次電池市場(chǎng)的75%。它作為穩(wěn)定電源和主要的直流電源，普遍應(yīng)用于通訊（電信、移動(dòng)、聯(lián)通、網(wǎng)通、鐵通、軍事通信等單位的機(jī)房、基站上）、汽車(chē)、電瓶車(chē)、廣電、IT、電力、鐵路、航空、港口、軍事、金融、能源等領(lǐng)域，需求廣泛，用量巨大。
二、電池過(guò)早硫化影響企業(yè)效益
現(xiàn)行各類鉛酸蓄電池產(chǎn)品，無(wú)論是國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，通常在使用期限內(nèi)就易產(chǎn)生充電困難、容量降低等現(xiàn)象，過(guò)早失效報(bào)廢，無(wú)法使用。這一直是困擾我們的世界性難題。正常使用的鉛酸蓄電池，在放電時(shí)形成硫酸鉛結(jié)晶，在充電時(shí)能夠較容易地還原為鉛。如果電池的使用和維護(hù)不善，例如長(zhǎng)期放置不用或經(jīng)常充電不足、過(guò)量放電等等，負(fù)極上就會(huì)逐漸形成一種粗大堅(jiān)硬的硫酸鉛結(jié)晶。這種硫酸鉛結(jié)晶，在常規(guī)的充電方式下很難分解。這種現(xiàn)象被稱為"不可逆硫酸鹽化"。它引起蓄電池的內(nèi)阻增大、容量下降，其形成的主要原因是硫酸鉛的重結(jié)晶現(xiàn)象，導(dǎo)致粗大結(jié)晶形成后，溶解度減小，進(jìn)而無(wú)法分解。
三、現(xiàn)代通信行業(yè)電池舉足輕重
由于電力原因，每年都會(huì)正常停電、事故停電、檢修停電、枯水季節(jié)停電等等。因這幾種原因停電的時(shí)間都較長(zhǎng)，所以電池組容量在70%以下的，都會(huì)在送電以前就造成了通信中斷。這樣一來(lái)，既造成大量的話費(fèi)損失，增加用戶投訴、還會(huì)丟失客戶、降低公司信譽(yù)。又大量增加了人力、車(chē)輛、燃油等維護(hù)成本，給網(wǎng)絡(luò)維護(hù)帶來(lái)很大的工作量，還會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的故障隱患。
所有這些損失和浪費(fèi)，都是電池原因造成的。公司每年還要從緊張的維護(hù)經(jīng)費(fèi)中，抽出大量的資金更換這些廢舊電池，給企業(yè)帶來(lái)很大壓力。
四、控制黑色污染
2003年10月，國(guó)家環(huán)保總局、國(guó)家發(fā)改委、建設(shè)部、科技部、商務(wù)部聯(lián)合發(fā)布《廢電池污染防治技術(shù)政策》，對(duì)鉛酸蓄電池生產(chǎn)、使用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、報(bào)廢、再生等做出了明確規(guī)定。文件規(guī)定“支持、鼓勵(lì)應(yīng)用新技術(shù)、新工藝處理、治理廢舊鉛酸蓄電池，以減少對(duì)環(huán)境的污染。”略……
第五節(jié) 亞洲市場(chǎng)
一、汽車(chē)和摩托車(chē)電池
1999年日本汽車(chē)產(chǎn)量為998萬(wàn)輛，韓國(guó)為284萬(wàn)輛；每年新增摩托車(chē)2000萬(wàn)輛，摩托車(chē)擁有量為1.7億輛，汽車(chē)擁有量為1.2億輛；市場(chǎng)需要電池：汽車(chē)電池8000萬(wàn)只，摩托車(chē)電池7500萬(wàn)只。
二、動(dòng)力電池和固定電池
隨著亞洲經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇、市場(chǎng)需求將增大。
三、企業(yè)情況
除中國(guó)外、日本和韓國(guó)的生產(chǎn)廠家不會(huì)超過(guò)10家，印度有8家工廠，其它資料不詳。
第六節(jié) 中國(guó)市場(chǎng)
一、汽車(chē)電池和摩托車(chē)電池
1996~2001年汽車(chē)、摩托車(chē)產(chǎn)量、保有量及對(duì)蓄電池地需求量
二、通訊電力和鐵路市場(chǎng)
中國(guó)郵政通信每年以20%的速度增長(zhǎng)。1998~2000年，國(guó)家電力公司將投資2800億進(jìn)行城網(wǎng)改造，鐵路方面：1998年底，內(nèi)燃機(jī)車(chē)10000輛，電力機(jī)車(chē)3000輛，將逐步用VRLA取代。
1998年市場(chǎng)需求
三、UPS市場(chǎng)
UPS的地域分布
UPS的行業(yè)分布
UPS蓄電池需求
四、其它電動(dòng)自行車(chē)
每年配套可達(dá)57.6萬(wàn)kW•h，替換可達(dá)288萬(wàn)kW•h，風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)2和太陽(yáng)能發(fā)電也有一定的蓄電池市場(chǎng)，但增長(zhǎng)較慢。軍工約29.1萬(wàn)kW•h。略……
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