老树新花：纯铅、水平电池引领我国铅酸电池行业新动力

最近几年来，在全球化学电池市场，锂离子电池异军突起，化学电池的元老铅酸电池的地位似乎岌岌可危但与锂离子电池相比，铅酸电池仍具有成本低，技术成熟，稳定可靠，安全性高，资源再利用性好等比较优势

日前，在由上海有色金属网和天能控股集团有限公司联合举办的第十七届国际铅锌峰会暨国际铅锌技术创新大会——铅产业市场与技术论坛上，与会的业内专家进一步介绍，最近几年来，我国铅酸蓄电池行业涌现出许多新技术，纯铅蓄电池，卧式电池等新型铅酸蓄电池制造工艺不断成熟，应用领域不断拓展。

似乎已经步入暮年的铅酸电池，依然充满活力。

铅酸蓄电池新技术助力碳中和

铅酸蓄电池作为工业化最早的电池，自1859年发明以来，已有160多年的历史铅酸蓄电池的电极主要由铅及其氧化物制成，电解液为硫酸溶液在化学电池市场份额最大，应用范围最广，特别是在启动和大规模储能等应用领域，仍具有不可替代的地位

据天能控股集团中央研究院副院长郭志刚在论坛上介绍，目前，在全球范围内，锂离子电池正处于高速增长期，依靠能量密度的先天优势，铅酸蓄电池处于高位，下一代电池技术，如钠离子电池，仍处于发展阶段。

在此背景下，近两年国内铅酸蓄电池产量略有下降，产量维持在200GWh/年，全球产量为400GWh/年预计到2025年，全球锂离子电池产能将是铅酸蓄电池的3—4倍

但锂离子电池普遍存在一些缺陷，如锂/钴/镍等原材料成本高，锂电池全循环碳排放高，安全性不稳定等相比较而言，铅酸电池在成本，稳定性，安全性，回收利用等方面更有优势

尽管如此，伴随着锂离子电池迅猛的追赶势头，铅酸电池确实面临着不进则退的生存危机论坛上，郭志刚重点介绍了国内铅酸蓄电池行业的新型正极铅膏技术和真空成型技术

传统的铅酸蓄电池正极浆料制作流程长，能耗高，现场正极和浆料污染严重，添加剂机械混合，成本相对较高新的一步阴极配方复合技术是将特制铅粉制成有用成分分布均匀的复合铅粉，糊料中只需加入水纤维和硫酸

第二，真空成型技术根据消息显示，一般来说，电池生产出来后，必须经过化成和测试，才能安装到系统中在电池化成过程中，使用专用的电池化成设备对电池进行充放电，需要高精度的电压和电流来保证电池能够达到规定的使用寿命只有成功通过测试后，电池才能进入市场

目前，电池化成是电池生产的主要瓶颈之一为了激活刚刚组装好的电池单元或电池组中的材料，进行充电—放电循环需要长达20小时但这个过程是必不可少的，因为它极大地影响了电池的使用寿命，质量和成本

据郭志刚介绍，采用常规化成技术，电池化成时间长，耗电量大，团簇内部温度均匀性差，温度不易控制而真空成型技术成型时间短——通常不到半天，成型功率小，极群内部温度均匀性好，温度控制容易通过该技术，可以达到降本增效，节能减排的目的，并且可以提高电池的化成效率，提高化成极板的均匀性，延长电池寿命

此外，铅酸蓄电池新技术还包括在正板栅中使用冲网栅，采用高密度正极铅膏，提高活性物质与板栅界面的附着力，优化正极配方中的添加剂，优化电池隔板中粗细纤维的比例，从而提高回弹性。

纯铅电池技术进一步成熟。

纯铅电池最早是由艾诺斯电池集团的子公司盖茨公司于1973年开发的通过近50年的不断研发和改进，纯铅电池的制造技术也有了很大的发展从电化学性能，结构设计，电池材料，制造工艺和控制等方面，纯铅电池都体现了铅酸蓄电池极高的水平

所谓纯铅电池，是指电池的正负极板栅和活性物质采用高纯铅制成，通过连续铸带，连续冲网等特殊工艺制造而成。

在本次论坛上，据利时国际科技有限公司技术总裁陈军介绍，传统铅酸蓄电池的正负极板栅主要是铅，但也有其他金属，如铅钙合金，铅钙锡合金，低锑合金等必须在铸造过程中添加以形成合金栅格

但合金金属的加入，加速了电池极板在使用过程中的腐蚀，电池自放电大，使用过程中失水快，电池内阻大，这些都是传统铅酸电池的固有缺陷。

尽管各电池厂商对铅酸蓄电池进行了技术更新和设计改革，但传统的铅酸蓄电池仍然存在高温下使用寿命短，浮充和回收难以平衡，充电时间长等问题。

例如，新疆金风科技股份有限公司内部人士此前在一份报告中指出，我国风电机组变桨系统的备用电源多为普通铅酸电池当环境温度为40—50度时，铅酸蓄电池的浮充寿命只有不到一年但目前我国大部分风电机组位于三北地区，夏季机舱平均运行在40度左右，大大降低了铅酸电池的浮充寿命

据陈军介绍，与普通铅酸电池相比，纯铅电池有四大优势第一，纯铅电池适用温度范围广，特别适合极端恶劣的环境，其次，由于纯铅电池的超薄极板，在同样大小的外壳中可以安装更多的极板，大大增加了电池内部的反应面积，从而提高了电池的化学反应效率，降低了电池的内阻，具有更高的能量密度

再次，纯铅电池具有快速充电接受能力，充电3小时后电池容量达到90%以上最后，由于纯铅电池的超薄多片设计，短时间内的放电容量比传统铅酸电池高40%左右

另外，纯铅电池的纯铅板栅腐蚀速度只有常规重力铸造铅钙合金板栅的1/6左右，耐腐蚀性更好同时，由于电池中杂质少，失水率低，自放电低，每月自放电率低于2%，电池储存寿命长，无需充电即可达到两年

但业内人士向本报指出，纯铅电池的正负极板非常软，强度不足，给极板的制造带来很大困难，极板的叠加和组装也很难实施所以早期的纯铅电池采用卷绕结构设计，最大容量只有100AH伴随着智能制造技术的快速发展，纯铅电池的极板制造和组装技术得到了有效解决，电池的电芯容量达到了600AH

根据消息显示，纯铅蓄电池的优良特性已逐渐引起国内通信行业和城市轨道交通行业的重视，部分城市已开始推广使用。

卧式电池实现了传统电池结构的突破。

与普通铅酸电池甚至纯铅电池相比，卧式电池采用了更新的材料，在电池结构上实现了颠覆性的突破。

易德威能源科技有限公司总经理张正东告诉本报记者，1980年，美国军方立项进行卧式电池研究，开启了铅酸电池革命20世纪90年代末，美国电源公司在世界上率先开发了卧式电池的商业化技术

一方面，横置电池采用了新材料以亿德威公司的卧式电池为例，采用复合纯铅板栅网格内芯为航空级高强度玻璃纤维，采用多极凸耳铸造，抗拉强度可达100546 Kgf/cm2光纤外层包覆有纯铅层，是在2000MPa的压力下冷挤压成型的然后将这些复合铅丝编织成网格结构，涂上活性物质成为电池极板这种编织结构使得活性材料的接触面积大，电流密度100%均匀

据易德威能源科技公司内部估算，这种新型复合纯铅板栅的耐腐蚀性是普通重力铸造板栅的9倍。

不仅如此，与普通电池通过极耳，母线和电桥连接不同，卧式电池基于双极板技术，采用特殊的极板堆叠方式，实现了电池内部的立体串并联，大大缩短了电流的传导路径，从而大大降低了电池的内阻与普通电池相比，卧式电池内阻降低70%左右同时，电池的正负极活性物质同时涂在一块板上，更有利于大电流快速充放电

此外，不同于传统铅酸电池和纯铅电池的垂直极板放置，水平电池采用水平极板放置，可有效避免活性物质脱落和电解液分层，促进氧复合，有效提高电池充电效率和循环寿命。

基于这些突破性的设计，水平电池具有许多优越的性能据张正东介绍，快充是其优势之一与普通铅酸电池相比，卧式电池具有极快的充电能力在3C电流下，它们可以在75分钟内充满电，充电20分钟后电池容量可以达到80%以上

卧式电池在低温环境下的表现也很好—50℃下可一键启动电池，在—40℃下电池放电容量可达40%以上，超低温放电容量是普通产品的两倍一方面，电池的电阻低，另一方面，卧式电池采用贫液设计，即电解液以固态吸附在隔膜上，没有流动性相比较而言，普通电池的液体电解液更容易结冰

尤其是卧式电池，还具有抗损伤，抗震动的优点因为横式电池的电解液是固体，所以即使外壳破损，也不会出现漏液现象但是内部单体之间，几百根引线组成了一个立体的串并联网络，任何损伤都无法完全破坏连接

基于这样优异的性能，卧式电池可以应用于重型卡车，船舶，改装车，游艇，观光车，军用车辆，特种车辆，工业机器人等领域未来在储能领域，凭借其稳定性和安全性，水平电池也能发挥重要作用张正东说

目前，Ived公司的卧式电池产品已在国内外成功使用据张正东介绍，2020年9月，该公司的卧式电池已经在挪威北极圈内的一座灯塔上使用这座灯塔长期处于零下20度的严寒环境中传统的铅酸电池每周都需要被直升机更换，而锂电池无法满足其要求Ived公司的卧式电池安装在灯塔上已经连续使用了一年半，电池状况良好

在浙江安吉县的山区，水平电池也大显身手安吉地区多陡坡当地的环卫车原来用的是水电池，需要经常浇水保养，成本高，麻烦还存在酸液溢出和框架腐蚀的问题通常情况下，电池使用8个月后，环卫车就会无法爬坡，甚至无法走坡，充电时间也长2020年10月，当地环卫车更换为卧式电池，电池动力强劲，缓解车辆爬坡压力，电池可快速充电，节约成本，提高工作效率

不过，张正东向论文承认，横式电池还是一个全新的产品，还在R&D和改进过程中产品还需要进一步检验，还没有实现完全量产目前，亿维公司的横向电池产量约为每天300块电池，产品类别包括超重型卡车电池，超级起动机电池，舰船专用电池，高性能军用车辆专用电池等

根据消息显示，在中国，除了亿德威能源科技有限公司，传统铅酸电池的制造商，如天能集团和魏超集团，也在从事水平电池的研发，但他们的产品都没有进入量产阶段。

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