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摘要：简述了国内外胶体蓄电池技术的发展概述，从理论上说明了胶体蓄电池的性能特点，结 合研究和试验，分析了管式胶体蓄电池、12 V纯胶体蓄电池和混合胶体蓄电池的性能和寿命特 性，并指出胶体蓄电池的应用发展方向。

 

关键词：管式胶体蓄电池；平板胶体蓄电池；混合胶体蓄电池；胶体电解液；循环寿命 中图分类号：TM912.4 文献标识码：A

1前言

 

1957年德国Sonnenschein公司发明了采用胶 体技术的阀控式铅酸蓄电池以下简称胶体蓄电 池，1966年阀控式胶体蓄电池实现了工业化生 产，1971年美国Gates公司发明了 AGM技术的阀 控式蓄电池。70年代末期美国、欧洲、日本等多 家公司先后开发并推出了 AGM阀控式蓄电池以 下简称AGM蓄电池。上世纪80年代，世界程控

收稿日期：2010-06-23

数字通信设备迅速发展，要求基础电源设备与通信 设备同装一室，因而对环境提出了更高要求，原有 的防酸隔爆式电池对设备有严重腐蚀，很快被 AGM蓄电池和胶体蓄电池所取代。在近30年，作 为VRLA蓄电池的两类主要技术一AGM技术和胶 体技术，由于其各自的技术特点，适用于不同的使 用条件和应用领域。AGM蓄电池由于技术容易掌 握，设备通用性好，成本低，国内外大部分厂家以 生产这类蓄电池为主，该类电池最初用于通迅后备 领域。胶体蓄电池由于技术难掌握，生产工艺复 杂，生产过程影响因素较多，设备投入较大，制造 成本高，国内外只有少数厂家有能力生产，该类电 池适用于可靠性要求高、使用环境恶劣和循环寿命

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要求高的场合。近年来，随着应用领域的不断拓 展，如户外通信机站、太阳能贮能、各种深循环动 力车辆等对阀控式蓄电池提出了更高的要求和挑 战，国内同行纷纷转向胶体蓄电池的研究，有些大 公司确实做得不错，但某些厂家也走了不少弯路。

 

2 国外胶体蓄电池的发展状况

 

上世纪70年代，Sonnenschein公司全力推广 其Dryfit胶体蓄电池，应用于后备领域和小电流应 用领域，近几年Sonnenschein开发了牵引和动力型 胶体蓄电池，并且正在推向市场。80年代以后， 欧洲 Varta、HAGEN、Tudor、Hawker 和 FIAMM， 美国的 Eastpenn 和 Trojan，与亚洲的 Global Yuasa (韩国)都投入人力物力资源研发胶体蓄电池，取得 了突破性的进展。胶体电池在欧洲以大容量管式的 居多，在美国以12 V平板胶体蓄电池为主，而日 本做胶体蓄电池的厂家较少，汤浅和GS公司在硫 酸溶液中加入SiO2主要是为了解决酸分层问题。

 

德国哈根公司胶体蓄电池技术和阳光公司的技 术原理、生产工艺和产品性能基本相似，主要是生 产后备用固定型蓄电池（2V, 2003 000 Ah。 欧洲除阳光公司外，其它厂家主要是生产2V管式 胶体蓄电池。美国Eastpenn公司的12 V胶体蓄电 池比较有特色，已应用到深循环领域，2000年开 发的混合胶体蓄电池应用于太阳能贮能领域，通过 美国桑迪亚国家实验室测试，性能较好。尽管胶体 蓄电池的市场售价是AGM蓄电池的150 %以上， 但胶体蓄电池的市场份额一直处于上升趋势。

 

3 国内胶体蓄电池的发展状况

 

中国胶体蓄电池的研究走了一条艰难而曲折的 路，80年代中后期，有人看中胶体蓄电池的商业 价值，对“胶体”进行了风起云涌般的炒作，并且 都自称是：“国内领先技术，质量可与德国阳光电 池相媲美，甚至部分指标超过阳光电池的”。一时 鱼龙混杂，成功者却寥寥无几。90年代行业会议 也曾号召业内的企业以科学的态度对待胶体技术的 研究，钱学楼等前辈不屈不挠的研究精神值得业内 钦佩，给胶体蓄电池的研究提供了一些思路。90

年代中后期，沈阳东北蓄电池有限公司后被光宇 控股投入巨资从德国哈根公司引进了全套管式胶 体蓄电池技术和设备，并先后派人到哈根公司学习 胶体蓄电池制造技术，生产的管式胶体蓄电池完全 符合DIN标准并得到了用户的认可。90年代末期 江苏双登集团投入巨资，购进先进的管式电池生产 设备和工艺技术。国内一些较有实力的大公司如南 都、圣阳、海志、雄韬等也都投入资金进行研究， 开发性能可靠的胶体蓄电池，对胶体蓄电池的认识 也逐步客观与理性，但是国内也有不少厂家生产的 胶体蓄电池值得探讨。

 

现在多数动力电池厂家都是借用同型号AGM 电池槽来制造同等型号的胶体蓄电池，通常称作复 合胶体或混合胶体蓄电池(以下称混合胶体电池)， 这种电池转型快，生产成本低，投资少。通常的做 法是将普通AGM蓄电池装配后加入胶体电解液或 是将AGM蓄电池充电完成后在极群上面加一层胶 体电解液。这就带来一系列问题，胶体蓄电池准富 液的设计理念怎么实现？在AGM蓄电池紧凑的设 计空间内，怎么保证胶体电解液灌注到位？部分厂 家电解液中凝胶剂含量只有1 %,甚至低于1 %, 该不该称之为胶体蓄电池等？动力市场反应部分胶 体蓄电池在夏天因受热而严重膨胀致使电池突然失 效，对胶体蓄电池提出质疑，也产生了 “电动车市 场无法普及胶体蓄电池原因何在？’的论谈。

 

AGM加胶体电解液这种电池被国内少部分厂 家赋予了新的概念，如：“固体电池”、“硅能电 池”、“矽能电池”和“晶胶电池”，这些新的概念 在宣传上引起了业内质疑，显然不利于胶体技术的 健康发展。

 

4 胶体蓄电池的技术特点

 

4.1胶体蓄电池的优点

 

4.1.1密封性和安全性

 

胶体蓄电池的密封原理与AGM技术相似，也 是氧的复合和循环过程，但正极的氧气不是通过隔 板的孔隙传输到负极的，而是通过胶体的微裂纹来 实现的。胶体的微裂纹是胶体形成时收缩产生的。 在胶体蓄电池使用初期，由于胶体中形成的微裂纹 增加，氧的复合效率提高，胶体电解液电池的氧复

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图i胶体蓄电池中的氣气复合

4.1.2准富液设计防止热失控产生

 

硫酸的热容占整个电池热容量的80 %以上，所 以灌酸量的设计对热失控非常重要。对于传统的胶 体蓄电池，特别是大密电池富液20%,中密电池富 液15 %左右。普通AGM电池加胶体如果不改变设 计，会产生热失控，要做成胶体电池必须要让贫液 电池富起来。

 

4.1.3低密度电解液设计

 

低密度电解液设计，具有良好的充电接受能力， 并降低板栅的腐蚀速率。郭永榔教授[2]做过实验，在 同样浮充电流下AGM电池的正极电位为1.36 V,而 胶体蓄电池的正极电位为1.33 V。胶体蓄电池的正 极电位负移，也就是说，充电时极化小，易于充电， 板栅腐蚀少。

 

4.1.4胶体蓄电池在整个寿命期间内失水少

 

胶体蓄电池使用初期，由于胶体电解液产生的 微裂纹较少，氧复合效率较低，失水较多，但随着 电池的使用，胶体电解液失去部分水后，产生了较 多的微裂纹，并使胶体网络结构趋于稳定，这时电 池内部建立起了稳定的氧循环复合通道，传统的胶 体电池在浮充领域使用需要2个月左右。郭永榔[2]比 较了 AGM蓄电池和胶体蓄电池的氧循环机理，认为 在过充电电流为20 mA且电解液饱和度为94 %的条 件下，胶体蓄电池水平方向的氧传输比AGM蓄电池 的大，氧循环效果好，失水少。

 

 

图2胶体蓄电池与AGM蓄电池电解液的分层情况

 

4.1.6有较宽的温度使用范围和良好的低温放电 性能

 

胶体蓄电池由于准富液设计和使用过程中失 水少，具有较好的高温可靠性，另一方面胶体电 池在低温放电时活性物质的反应阻抗明显降低， 提高了电池的低温放电性能，并且温度越低，与 AGM电池的低温性能差别越大[4]。

 

4.1.7耐深放电性能和过放电后容量恢复性能好 纯胶体蓄电池完全充电后电解液密度较低， 硫酸铅的溶解度较大，深放电后再充电性能较 好。而采用AGM电池设计的胶体蓄电池的电解 液密度较高，硫酸铅的溶解度较小，影响深放电 后的再充电性能。

 

4.1.8自放电小

 

胶体电解液中的胶团能吸附某些影响自放电 的金属杂质离子，如铁、铜等，可减少蓄电池的 自放电。

 

4.1.9可靠性高，循环寿命长

 

胶体蓄电池采用准富液、低密度酸和电解液 凝胶体系的设计，可有效地减少电池的热失控和 酸分层现象，在电池使用期间失水更少，电池更 易充电，并减少板栅腐蚀现象，这些特点使胶体 蓄电池有更高的可靠性和更长的使用寿命。

 

4.2胶体蓄电池缺点

 

胶体蓄电池有许多优点，但也有一些缺点： 1初期容量较低，纯胶体电池由于采用胶体电 解液和PVC隔板，使电池内阻较大，因此与 AGM电池相比，在常温下10小时率初期容量低 10 %左右。Q传统胶体电池不适合高倍率放 电。Q传统胶体电池的重量比能量和体积比 能量都比较低。@工艺复杂，技术难掌握， 生产成本高。传统胶体蓄电池的缺点也可以说是

合原理如图i所示[1]。胶体电池由于实现了氧的循环 和胶体对硫酸的固定作用，安全性更好。

B

 

涵

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综述

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AGM的优点，因此优化传统胶体蓄电池与AGM蓄电 池，开发混合胶体蓄电池也是近几年来的研究热点。

 

5胶体蓄电池的性能比较

目前胶体蓄电池主要有3类：管式胶体、 平板胶体和混合胶体，这3类胶体蓄电池的主 要设计特点和工艺特点列于表1,对于采用不同 技术的胶体蓄电池，性能差别也大。

表1管式胶体、平板胶体和混合胶体设计特点

设计要素 管式胶体 平板胶体 混合胶体

正极板 管式 涂膏式 涂膏式

负极板 涂膏式 涂膏式 涂膏式

隔板 PVC- SiO2隔板或酣醛聚脂隔板 附玻纤棉的PVC- SiO2隔板 或酣醛聚脂隔板 改性AGM隔板或AGM隔板

电解液 胶体电解液 胶体电解液 胶体电解液

工艺特点 灌酸化成后连续放电,倒酸， 将电池所需要的硫酸以硫酸 铅的形式储存在活性物质中， 胶体粘度较低,容易灌装,充 电后逐步凝胶。 方法1:同管式胶体 方法2 :电池正常装配后,胶体 与一定浓度 的硫酸混合后灌装。 (1)国外工艺:先加总灌 胶量95 %96 %含二氣化硅 2.5 %3.5 %的电解液,化 成后期再加总灌胶量3 %  4 %含二氣化硅10 %15 % 的电解液：  (2国内工艺直接加入含 二氣化硅1.0 %3.0 %的胶 体电解液。

 

5.1管式胶体蓄电池

 

国内外2V管式胶体蓄电池的外形基本一 致，都符合DIN40742《固定型铅酸阀控式蓄电 池一正极用管式》标准，性能符合IEC60896 《固定型铅酸蓄电池一般要求和测试方法》，其 中国内的胶体蓄电池还符合YD/T 1360-2005 《通信用阀控式胶体蓄电池》标准。阳光公司宣 传的2V管式胶体蓄电池的性能见表2 ,南都电 源公司自行开发的2 V 200 Ah管式胶体蓄电池 的100 %DOD实测循环寿命见图3。这种管式胶

体蓄电池的100 %DOD循环寿命达627次，与国外 胶体蓄电池的性能相当。

12 ^11 袖8 转7

0 100 200 300 400 500 600 700

 

循环次数

 

图3南都公司2 V管式胶体蓄电池100 %DOD循环寿命

表2阳光2V管式胶体蓄电池性能

系列代号 容量（Ah 设计寿命 循环寿命 应用特性

A600 2003000 18年(单只 按IEC循环1 600次 极长寿命,极可靠,特别适

15年減组 用于电信

 

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5.2 12 V平板胶体蓄电池

 

目前阳光公司的12 V胶体蓄电池系列最全， 应用于通迅后备、太阳能贮能系统，近几年又开发 了应用于深循环方面的胶体蓄电池，极板均采用涂 膏式。阳光宣传的12V不同系列蓄电池的寿命性 能见表3。阳光A400系列12 V 100 Ah蓄电池实测 循环寿命见图4,实测寿命与宣传的基本一致。

150 200 250

 

循环次数

 

图4阳光公司12 V 100 Ah平板胶体电池100 %DOD循环寿命

表3阳光12 V不同系列平板胶体蓄电池寿命汇总

系列代号 容量（Ah) 设计寿命(20 °C) 循环寿命 用途

A400 5.5180 12年 涂膏式极板 600 次 IEC60896 后备用

A500 1.2 200 C2 7年 涂膏式极板 600 次 IEC60896 后备用

A700 2卜280 CC 12年  涂膏式极板 700 次 IEC60896 后备用

SOLAR 6.6230 (Cj 涂膏式极板 800 次 IEC60896 太阳能

60330 CJ 涂膏式极板 1 200 次 IEC60896 太阳能

2943919 (Cj 管式正极 1 600 次 IEC60896 太阳能

EPzV 110720 (C5 管式正极 1 200 次 IEC60254 牵引用、动力

GF-V 50 240 (C5 涂膏式极板 700 次 IEC60254 牵引用、动力

GF-Y 1493.5 (C 涂膏式极板 450 次 IEC60254 牵引用、动力

 

表4是美国Eastpenn公司给出的12 V平板胶 体蓄电池和AGM蓄电池的循环寿命太阳能系 列。图5是王景川[5]实测比较的美国、欧洲12 V 平板胶体蓄电池和AGM蓄电池的循环寿命。从寿 命测试比较看，国外厂家宣称的胶体蓄电池性能与 实际测试非常接近，很客观实际地宣传胶体蓄电池 的性能。

 

 

系统地来设计产品，而不仅仅是灌些胶体电解液而 已，设计生产过程中应注意以下方面：（1)关注胶 体蓄电池准富液设计理念；（2)选择合适的隔板； (3)选择适合紧装配设计的胶体电解液；（4)电解液 中添加适量二氧化硅；（5)选择合适真空度的灌胶 工艺，保证胶体电解液灌注到位；（6)要注意一些 工艺细节，如胶体电解液的配制温度、搅拌速度, 胶体电解液配制后灌胶时间，电池充电结束后极群 上面电解液凝胶情况等。

 

5.3.2混合胶体蓄电池的性能 5.3.2.1不同温度下容量比较

 

在不同温度下，对2 V 500 Ah混合胶体蓄电 池和普通铅酸蓄电池的容量进行了测试比较，见表 5、图6、图7。测试对比表明混合胶体蓄电池在低 温容量方面具有明显的优越性，温度越低，优势越 明显。

5.3.2.2 循环寿命比较

 

图8是2 V 500 Ah混合胶体蓄电池和普通铅 酸蓄电池在模拟室外太阳能应用的40。0高温环境

60 110 放电时间/(min)

试容量低于额定容量的80%时，测试终止。

 

图9是12 V 20 Ah混合胶体动力电池在自然 温度下100 %DOD循环寿命测试曲线，除该动力 电池采用铅钙锡合金板栅、脉充内化成技术外，还 采用数字温控智能充电器进行循环寿命测试，4只 一组，整组循环寿命达到400多次。

下进行的循环寿命测试，每组电池为6只，在高温 箱内进行测试，温度为40 V。所用充电方法为以 0.1 G。A电流，限压2.25 V/只充电24 h,放电方法 为以0.1CWA电流放电至1.80 V/只时终止，当测

 

600

表5混合胶体蓄电池和 普通铅酸蓄电池的容量比较

1 21 41 61 81 101 丨2丨丨41 161 丨81 201 221 24] 26丨 281 30] 321 341 361 沏丨 401421

 

充放电次数

 

图9自然温度下20 Ah混合胶体蓄电池100 %循环寿命

 

(下转至第227页

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交流与探讨

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采用挤膏工艺的电池的好。（3)因为采用电池化成 工艺，所以试验电池的初期容量普遍较低。

 

3结论

 

(3)充电电流的波形不是影响负极板膨胀的

主要因素。

 

2过充电几乎不会使负极板膨胀，过放电可 以造成负极板活物质过早地软化、脱落。

 

3正极板中的添加剂活性碳是使负极板膨胀 的主要原因。

 

4在铅酸蓄电池的正极板中加入一定量的红 丹，不仅有助于正极板化成，而且使蓄电池初期容 量较好，红丹的加入对负极板膨胀的影响，有待进 _步探讨。

 

参考文献：

 

[1]朱松然.蓄电池手册网.天津：天津大学出版社，

 

1998, 7.

 

[2]刘广林.铅酸蓄电池工艺学概论[M].北京:机械工 业出版社，2009，1.

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放电时间

图3第6次循环试验电池放电曲线

(上接第213页）

 

6胶体蓄电池技术的发展趋势

 

胶体蓄电池因性能优良越来越受到市场的青睐 和认可。不同的设计使性能差别较大，管式胶体蓄 电池具有长寿命和高可靠性的特点，但比能量低、 内阻较大，制造成本高，适用于户外或可靠性要求 高的小电流放电使用。早期的平板胶体蓄电池也适 用于小电流或中等电流放电。随着胶体技术的进步 和产品的不断优化，国外近几年开发了用于牵引 用、深循环动力方面的胶体蓄电池。混合胶体蓄电 池由于在低温性能和循环寿命方面有一定程度的改 善，性价比高，近几年受到了用户和市场的认可。

 

总之，只要我们以严谨的科学态度，按照不同 的特点来开发和优化胶体蓄电池，国内开发的胶体 蓄电池必将具有国际竞争力。