2.2 胶体铅酸蓄电池

2.2.1 胶体铅酸蓄电池的定义及复合技术

1.胶体铅酸蓄电池定义

铅酸蓄电池从问世到如今，一直是军用、民用领域中使用最广泛的化学电源。由于它使用硫酸电解液，运输过程中会有酸液流出，充电时会有酸雾析出来，对环境和设备造成损害，人们就试图将电解液“固定”起来，将蓄电池“密封”起来，于是使用胶体电解液的铅酸蓄电池应运而生。胶体铅酸蓄电池简单地说就是使用胶体电解液的蓄电池。胶体铅酸蓄电池属于铅酸蓄电池的一种，其最简单的实现方法是在硫酸中添加胶凝剂，使硫酸电解液变为胶态。

胶体铅酸蓄电池与普通铅酸蓄电池的区别不仅仅在于电解液改为胶凝状，例如采用非凝固态的水性胶体铅酸蓄电池，从电化学分类和特性看同属胶体铅酸蓄电池。又如在板栅中结附高分子材料，俗称陶瓷板栅，是胶体铅酸蓄电池的特点。近期已有实验室在极板配方中添加一种靶向偶联剂，大大提高了极板活性物质的反应利用率，据非公开资料表明可达到70Wh/kg的重量比能量水平，这是现阶段工业实践及有待工业化的胶体铅酸蓄电池的发展。

胶体铅酸蓄电池与普通铅酸蓄电池的区别，从最初理解的电解质胶凝，进一步发展至电解质基础结构的电化学特性研究，以及在板栅和活性物质中的应用推广。

胶体铅酸蓄电池为密封结构、电解液凝胶，无渗漏、充放电无酸雾、无污染，是国家大力推广应用的环保产品。胶体铅酸蓄电池最重要的特点为：放电曲线平直，拐点高，比能量特别是比功率要比普通铅酸蓄电池大20%以上，寿命一般也比普通铅酸蓄电池长一倍左右，充电接收能力强；自放电小，耐存放；过放电恢复性能好，大电流放电容量比普通铅酸蓄电池增加30%以上；低温性能好，高温特性稳定，满足65℃甚至更高温环境使用要求；循环使用寿命长，可达到800～1500次充放，单位容量工业成本低于普通铅酸蓄电池，经济效益高。

胶体的质量和灌装工艺对胶体铅酸蓄电池的质量有重要的影响，而胶体铅酸蓄电池的设计、制造工艺和应用条件（尤其是充放电工艺）都制约着胶体铅酸蓄电池的性能。胶体的特性必须和蓄电池的结构及使用条件相互适用。密封蓄电池的结构和使用条件有利于胶体的稳定，胶体的特性使密封蓄电池的性能更加完美。现代优良的胶体铅酸蓄电池都采用阀控密封结构，而用普通铅酸蓄电池半成品不经改动制成的胶体铅酸蓄电池也是近来颇有争议的问题。

胶体灌装、凝胶稳定性和确保蓄电池容量是胶体铅酸蓄电池的3项关键技术，德国阳光公司的胶体黏度很低，采用常压自然法灌装蓄电池，即使大型蓄电池也采用常压自然法。胶体在蓄电池中充分凝胶，在极群内外上下都呈均匀的糊状凝胶，在胶体铅酸蓄电池整个寿命期间，完全没有液化现象，这是我国生产的胶体铅酸蓄电池很难做到的。阳光公司的技术是世界最先进的，其Dryfit系列胶体铅酸蓄电池安全可靠，寿命长，是世界上最优良的胶体铅酸蓄电池。但是，阳光公司生产的胶体铅酸蓄电池的比能量和大电流放电不及AGM（玻璃纤维隔板）阀控密封式铅酸蓄电池。另外，阳光公司的极板化成工艺复杂，生产周期长，有的品种蓄电池需经10次充放电循环才出厂，降低了生产效率，增大了产品成本，不利于大规模的产品开发和市场竞争。

2.复合技术

阀控密封式铅酸蓄电池通过两种方式来固定电解液，一种为通过AGM来固定电解液。另外一种为通过胶体结构（GEL）固定电解液。美国的C&D技术公司则是将两种方式结合起来固定电解液，称为复合技术。在胶体铅酸蓄电池的定义中，只提到电解液为凝胶状（比较直观的认识为果冻状），没有对隔板的使用做出规定，所以只要使用凝胶来固定电解液的蓄电池就可称为胶体铅酸蓄电池。

不管使用液态二氧化硅或气相二氧化硅，其成胶的原理是相同的，它们之间存在粒径和纯度的差异，所以加入蓄电池后，对蓄电池的性能有比较大的影响。凝胶的强度与二氧化硅的含量和酸的含量成正比，强度越大，其水化和破裂的可能性越小。

胶体铅酸蓄电池的内阻与胶体中的二氧化硅的含量成正比，所以胶体铅酸蓄电池的高倍率（3C以上）比相同的结构的AGM-阀控密封式铅酸蓄电池差，但额定容量比相同结构的AGM-阀控密封式铅酸蓄电池大5%～10%。使用PVC-SiO₂或者酚醛树脂等专用隔板，由于二氧化硅的含量的关系，使其额定容量比AGM-阀控密封式铅酸蓄电池小一些。如使用PVC或PE做隔板，其中二氧化硅的含量相当高才能形成稳定的胶体。用复合技术生产的胶体铅酸蓄电池，其浮充寿命为相同结构的AGM-阀控密封式铅酸蓄电池的1.5～2倍，循环能力可以提高20%。

国际上的生产铅蓄电池的大公司几乎都生产胶体铅酸蓄电池，如：德国的阳光、哈根，美国的DEKA、Trojan、Exide、SEC等，但日本的YUASA不生产胶体铅酸蓄电池，其UXL系列蓄电池中有胶体成分，其主要作用是为了减轻电解液的分层现象。在应用方面主要在太阳能、动力蓄电池等方面，其市场比较大，价格比AGM-阀控密封式铅酸蓄电池高20%左右。

在国内的大企业中，有江苏双登集团有限公司、深圳市雄韬电源科技股份有限公司等生产胶体铅酸蓄电池，江苏双登集团有限公司的GFM系列采用管式极板，一般采用PVC-SiO₂隔板和酚醛树脂隔板，广东番禺恒达蓄电池总厂的课题组经过三年的研究，开发了两种胶体铅酸蓄电池，一种采用AGM隔板，其技术与C&DTechnology的技术一样，另一种采用PVC-SiO₂隔板，同DEKA的产品一样。