南都電池集團對動力蓄電池的講解

目前有一種趨勢，是推廣電池動力的電動汽車( EV)以及“過渡”使用的混合動力電動汽車，因為立法控制COl排放，油基燃費高價，更加推動了這一趨勢的明了化與快速發(fā)展。為適應這一趨勢，保持傳統(tǒng)鉛酸電池的優(yōu)勢（性能穩(wěn)定、安全可靠、價格便宜）與進一步改善循環(huán)壽命（負極添加炭）就能克服PbS04蓄積導致的失效，并能滿足HEV的使用要求。炭的存在能提供最佳性能，炭的品類與炭的用量最為關(guān)鍵。炭添加劑的比表面積也是影響電池性能的重要因素。

添加炭給電池性能帶來了積極作用，其作用機理最早的假設是改善了負極活物質(zhì)的導電性，以有利于再充電。原則上炭的導電性比負極活物質(zhì)鉛要差，但是當在部分荷電狀態(tài)下使用時，在負極上有些部分產(chǎn)生了PbS04，PbS04本身是絕緣體，因此可以想象出炭粒子能提供導電通路，也通過那些有PbS04的區(qū)域。曾有人做過試驗：在一個絕緣體( a-Pb0)及PbS04混合物中添加炭，表明了導電性能有明顯的提高。盡管炭用量不高，然而導電性的提高卻相當明顯。這里可能存在一個炭用量的臨界值，即總組成中炭含量的質(zhì)量分數(shù)。這一臨界值指的是電池性能最優(yōu)而且第二物相的導電性最大。還必須指出，炭的導電性很大程度上取決于石墨化程度，石墨化程度高，導電性強。石墨是典型的良導體。其他形式的炭，如活性炭或石墨化程度很低而表面積很大的炭，也可能其導電性變化范圍很廣：從石墨（導電體）到絕緣體。
炭的添加最重要的是選擇品種（即炭的形式），此外就是炭的比表面積，要求是比表面積大以及沒有那些有害雜質(zhì)，如金屬雜質(zhì)等。出于對導電性的考慮，炭的形式最好為石墨炭，有很大的比表面積，還具有嵌層作用（層間反應）。
人們期望鉛酸電池中負極添加炭能取得最優(yōu)效果，期望增加炭的用量。但務必注意，炭添加的量不得超過“破壞點”水平。為此，做了理論推算，比如用在混合動力電動汽車上的鉛酸電池為高壓電池組144V（或大于144V）-6Ah（1小時率容量），按照容量是均等分布在負極上的理論，負極需要12g鉛（活性鉛），因鉛的利用率不超過25%，特別又是高率放電，因此真正需要每個電池負極都得有4g鉛在活性物質(zhì)里。這部分鉛應該是兩部分：一部分作為導電骨架（板柵），屬于低表面積材料，只導電不貢獻容量；還有一部分鉛是高表面積材料（約Im2lg），這是能量結(jié)構(gòu)鉛，貢獻出容量。根據(jù)這一粗略的概念設計電池，即用的炭是高比表面積(1000～2000m2/g)的，分布在骨架鉛與活性鉛上。在高率充／放工況下的混合動力電動車上工作時不會超過3%左右的電池容量。按照這一角度來分析，炭添加量貢獻6A-h的3%（即180mA-h）或在1V的情況下需180mW-h;按180mW-h計算炭量需要18g。因此對最適于HRPSoC工作的情況，負極要求含炭量約為25%。這一含炭量，乍一看來確實是挑戰(zhàn)傳統(tǒng)和膏工藝的一大難題，存在如此大量的炭對傳統(tǒng)鉛膏是一種挑戰(zhàn)，會使鉛膏的觸變性發(fā)生巨大變化，以致產(chǎn)生了炭用量的實際限值，務必重新慎重考慮使用新工藝，特別是新的和膏工藝。然而添加多量炭進入鉛膏的工藝仍有很長的路要走。