作者：魏相庚
摘要：从生产工艺、板栅合金、电解质三方面概述了国产电动自行车用铅酸蓄电池的发展概况，还介绍了国产胶体电解质现状，其中着重介绍了华富实业有限公司自主开发生产的混溶胶体电解质。
电池行业(包括有关大专院校、科研单位、生产厂家)经过十多年的技术电动自行车用铅酸蓄电池的技术性能有了质的飞跃。
由于攻克了铅酸蓄电池的技术关，电动自行车成了省力、方便、舒适、价廉、零排放的个人交通工具，被人们广泛接受，三起三落的电动自行车才有了突飞猛进的发展。2005年全国产量超过1200万辆，保有量已超过1600万辆，配套电池至少需6000万只，国内生产这些电池的概况如何呢?本文将作简单介绍。
1分类
电动自行车用铅酸蓄电池在铅酸蓄电池这个大类中属动力型，但该电池不是富液式，而是贫液式的阀控铅酸蓄电池。该电池与富液式的主要区别是采用了吸液力很强的超细玻璃纤维毡作隔板和在一定压力下能开闭的优质橡胶阀。为了让用户更多的了解该电池，笔者将国内生产的电动自行车用铅酸蓄电池按工艺、合金、电解质三方面进行讨论。
1.1按工艺分
外化成电池：外化成也称槽化成，即将生极板先在化成槽中进行充放电，然后将充电态极板经洗涤干燥成为干荷电的极板，用这种极板装入电池槽灌入电解质经补充电就成为外化成电池。生产这种电池工艺复杂，生产周期长，设备投入大，成本略高，污染较重，但极板可进行筛选，电池一致性较好，可靠性较高。正是由于后两点，再加上大部分电池厂职工特别是技术人员熟悉外化成工艺，因此大部分电池厂和极板厂多采用此工艺，市场上销售的电池多是外化成电池。
内化成电池：与外化成工艺不同的是直接将生极板装入电池槽灌入电解质经化成而得的电池。此电池工艺相对简单，成本相对低，化成酸雾排出少，对环境污染较小，但电池一致性较难控制，给配组造成困难。采用这种工艺的电池厂不是很多，规模较大的电池厂更少。
原内化成工艺生产周期较长，我公司近期通过改进设备及工艺，不但使电池化成的总时间从5天缩短到4天或3天，而且电池的性能有所改善。这样，就增加了内化成工艺的优势。
1.2按合金分
电池的板栅由合金铸成，负板栅通常使用铅钙锡铝合金；正板栅目前普遍使用的合金有以下两种：
铅锑镉合金Cd：1.6~1.7%；Sb:1.6~1.7%
铅钙锡铝合金Ca：0.06~0.10%；Sn：1.2~1.5%；AL：0.02~0.03%
所以笔者将目前市场上销售的电池分为铅锑镉合金电池和铅钙锡铝合金电池(有的厂称为绿色电池)。
铅锑镉合金电池具有优良的耐深充深放循环能力，但耐腐蚀性相对差，锑转移至负极降低负极析氢过电位使自放电增大。众所周知，镉的使用将给环境造成严重的污染，对生产工人产生极大的伤害．但由于该电池耐用，目前国家也没有明令禁用，大部分生产电动自行车电池的厂家仍坚持使用此合金进行生产。(此合金目前不能采用铸焊工艺)
铅钙锡铝合金电池由于正负极板栅使都用了铅钙锡铝合金，失水少，自放电率低，但由于“无锑效应”使得深充深放循环能力较差。可喜的是，在合金中增加锡含量，灌注胶体电解质，优化正负膏配方，使得电池的深充深放循环寿命成倍增加，其耐用性并不逊于铅锑镉合金电池。该合金中的钙锡铝属无毒元素，对环境不会造成污染是显而易见的，为了国家的长远利益，为了人民的身体健康，应提倡使用铅钙锡铝合金。
1.3按电解质分
在2000年前，仅有酸水电池一种，其后开发了胶体电池并获得成功。
酸水电池这种电池的主要特点是电池中灌注了稀硫酸，稀硫酸被吸收在超细玻璃纤维隔板和极板中，几乎没有流动电液．生产工艺可采用外化成，也可采用内化成，正板栅可采用多种合金制造．目前，市场上销售的电动自行车电池多数是酸水电池。
胶体电池这里所说的胶体电池不同于阳光公司生产的电池，仅仅是在AGM酸水电池基础上调整装配比，将稀硫酸换成胶体电解质。电解质凝胶后没有游离电液，漏酸的机率比前一种电池小得多；其灌注量比稀硫酸多10~15%，失水又少，所以胶体电池不会因失水造成失效；胶体的灌入增加了隔板的强度，保护了极板，弥补了隔板遇酸收缩的缺陷，使装配压力不明显降低是其具有延长电池寿命的原因之一；胶体填充了隔板与极板之间的空隙，降低了电池的内阻，充电接受能力可因此而改善。所以胶体电池的过放电，陕复能力和低温充放性能都比酸水电池优越；胶体电池的一致性比同类酸水电池好得多。这种电池目前多以内化成工艺进行生产，近期我公司已开始用外化成工艺生产胶体电池，合金采用铅钙锡铝合金。
循环寿命实验方法为：3只电池为一组，5A放电至31.50V,用电动自行车专用充电器充至绿灯亮为一个循环．按国标循环寿命结束是84min。由于时间关系，测试至放电时间下降到120min(环境温度20℃)停止试验。胶体电池从120min下降到84min一般在200次左右。
图l中电池的正板栅合金为铅锑镉合金，电池为酸水电池。
图2中电池的正负板栅合金为铅钙锡铝合金，电池为酸水电池。
图3、图4中电池的正负板栅合金为铅钙锡铝合金，电池为胶体电池。该电池均是江苏鑫华富能源有限公司生产的。图4的电池是内化成，图3的电池是内化成。
以上5家电池的循环寿命曲线基本代表了国内的电动自行车电池循环寿命水平。我们也看到过更高水平的报道，但还没有形成规模。从中可以看出：以目前的两种工艺，两种合金，制造酸水电池，或胶体电池都可以达到理想的效果。当然都必须在正负铅膏的配方、和膏工艺、极板制造方面多下工夫。
2关于国内的胶体电解质
国内已批量生产的胶体有以下四种：气相胶、硅溶胶、混溶胶、有机硅高聚物胶。其性能见表2。现将四种胶的生产使用状况介绍如下：
气相胶是用纳米气相二氧化硅经与离子水乳化和稀硫酸配制的胶体电解质，可用于小密蓄电池，但若与PVC隔板配伍可用于中、大密蓄电池。德国阳光公司和国内一些公司生产的中、大密固定型阀控铅蓄电池就是采用这种胶体。在配制和灌注工艺得当的条件下，胶体可进入极板和隔板的间隙，胶体凝胶后，对极板和隔板能起到保护作用。浙江南都、江苏双登公司、安徽马鞍山某公司(前南京金辉)都已批量生产，国内许多单位也在试制该胶体，但到目前为止气相胶在国内推广较慢，原因是配制胶体的关键技术尚不成熟和原材料价格较贵，使用该胶会使电池成本明显增加。
硅溶胶是将工业水玻璃经离子交换树脂纯化处理，除去钠离子和杂质，再经浓缩而成硅溶胶原胶，原胶加一定比例稀硫酸后成硅溶胶。此胶凝胶前渗透性极好，可象稀硫酸一样容易灌注并渗入隔板和极板。但配好的胶需在凝胶前灌入电池，不然胶液将灌注困难且会明显影响电池性能。大批生产后发现使用硅溶胶生产的电动自行车电池一致性较差且成胶量少。另外，该胶在5年多的使用中有一点水化现象，但没有发现对电池性能有明显的影响。如上海石洞电厂使用的2组48V480Ah电池在满5年时经测试全部达到额定容量。
混溶胶是纯硅酸盐胶体和硅酸胶体按一定比例混合而制得一种全新的胶体电解质，其性能既不同于纯硅酸盐胶体也不同于纯硅酸胶体。
从表3看出：两种胶混合后，渗透率明显增大，黏度界于两者之间。由于渗透率的增大使这种新胶体更适用于AGM隔板；混合后的新胶使钠含量降低，胶体更加稳定。
为了简化工艺，按上面原理用沉淀SiO2和气相SiO2按比例配制成的胶体电解质(也可全用气相SiO2)效果更好。该胶的渗透性虽比气相胶大(见表1)，其胶粒同样也不能渗入隔板和极板。最初阶段因其黏度大，渗透性不理想，不易灌注，该胶只适用于极板较矮(高度l00mm左右)的电池。只有提高渗透性，降低黏度才能拓宽使用范围。经大量实验，使胶的性能明显提高。
目前，混溶胶已可用于12V100Ah(极板高150mm)和2V系列电池。
试验还发现混容胶中SiO2含量对电池寿命影响明显。
表5的试验方法同前，表中数据是电池放电时间降到至130min(25℃)的循环次数，这组数据告诉我们：混溶胶中SiO2含量若低于0.5%，电池初期容量衰降将非常明显。
2006年，我公司开发了第三代混溶胶，其特点是：
1)活性(游离)SiO2含量明显增加；2)明显降低了Na+的含量；3)提高了渗透率，降低了黏度；(见表6)4)成胶量稳定且略有增加。
就中小密性能而言，使用混溶胶的电池容量和寿命并不亚于气相胶。由于该胶原材料便宜，电池价格易为用户所接受。故可能是国内生产量最多的胶体电解质。
有机硅高聚物胶该胶是近几年才开发的胶体电解质，是以(-C-Si-O-)n为主链的有机硅聚合物，呈圆珠形网状结构，这种圆珠形结构可供在空间多个取向嵌入不同种类的极性功能基团，粒径一般在5~50nm，有的使用单位将其称为功能性胶体。新配制的胶体具有与稀硫酸一样的流动性，灌胶容易，渗透力强。应用于AGM2V系列，其深循还寿命约是酸水电池的1.7倍，应用于电动自行车电池的循环寿命曲线。
综上所述，4种胶各有特点，各有各的用途，不可能有优劣之分。我们可以充分利用其特点，让4种胶体电解质发挥更大的作用。
参考文献
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[3]魏相庚不同胶体电解质性能比较2004年机械工业铅蓄电池科技情报网年会文集
[4]魏相庚关于胶体电解质的讨论2005年全国轻型电动车会议论文集
[5]刘粤荣介观胶体在蓄电池中的应用2004年全国电动车系统技术讨论会论文集
[6]唐征毛贤仙等阀控铅酸胶体蓄电池的研究[I]电源技术[k2006(3)231-233
(编辑：中国电动车网)
