卷绕式铅酸蓄电池简介及发展前景
基础技术资料备份 2009-09-28
一、卷绕式铅酸蓄电池简介
卷绕式铅酸蓄电池区别于普通铅酸蓄电池，它是螺旋型结构，而普通电池一般是平板叠片结构；采用的板栅材料为纯铅或铅锡合金，较柔软，利于卷绕，而普通铅酸电池一般采用Pb－Sb合金或Pb－Ca合金，材质较硬;卷绕电池都是密封阀控式的，普通电池分好几种，有开口式也有封闭式；在性能方面，卷绕式铅酸蓄电池相比普通铅酸电池卷绕电池显得更加优异。
二、卷绕式铅酸蓄电池的优点
卷绕式铅酸蓄电池与传统板式电池相比的最大优点就在于：启动功率大、使用寿命长、比能大、充电快速自放电小、抗震动和冲击力强等突出特性，产品可以广泛使用在民用如交通车辆、通讯、太阳能等各个领域，还可以广泛推广使用在许多特殊领域：如救生车辆、战车舰船、军用通讯、机场等的特殊场合，在军事中子弹击穿这种卷绕式铅酸蓄电池时，它照样可以快速启动车辆，救生用途及各种军事装备中，使用这种电池则更加可靠。这种不单被美方用于美国空军战斗机，而且也被大量推广应用到坦克/装甲车等多种军事用途，经历了海湾战争的考验，这种电池被称之为“美国军用电池组”，因此引起了世界铅蓄电池制造领域的广泛关注，已成为该类蓄电池竞相发展的重大项目。
卷绕式阀控密封铅酸蓄电池通过采用具有极高析氢过电位的合金通过特殊工艺制造板栅，同时对正负极活性物质量的合理匹配等工艺措施，使得负极上发生的析氢过程得以最大限度地受到抑制，同时正极因过充电所产生的氧气通过隔膜到达负极，并与负极上的铅发生反应，生成水，这样便使得电池内部气体的再复合，防止失水，实现免维护。
表1：卷绕式蓄电池与传统蓄电池的比较
| 项 目 | 传统蓄电池 | 卷绕式蓄电池 |
| 结 构 | 起过125个零件,电解液是液态或糊 稠态电极板是铝合金,且悬挂在电解 液中,是平面设计的蓄电池。 | 只有30个零件,电解液是固态酸 , 电极板是纯材料,且和酸一起捆绑并 卷起来做成独特的螺旋卷绕。 |
| 启动功率 | 2KW左右 | 10KW左右 |
| 冷启动电流 （CCA）值 | 零下18℃只能输出很小的电流,甚至 不能输出电流。 | 零下18℃时的最大输出电流高 达830A。 |
| 启动时间 | 1-3秒 | 0.6秒 |
| 启动后的恢复性 | 由于活性铅的面积较少,启动后不能 马上恢复,故不能在短时间内多次进 行启动。 | 由于活性铅的面积至少比传统蓄电 池多出4倍,在启动后能快速恢复, 故能在短时间内应付多次启动循环。 |
| 工作温度 | -10℃-40℃ | -40℃-65℃ |
| 保用性 | 一般需要1-2个月慢充一次,不用充 电最多可放3个月。 | 存放250天,仍有起动电量。 |
| 100%深放电再 充能力 | 最多10次（一般严禁）。 | 至少40次！ |
| 最快速充电时间 | 一般至少8小时满载。 | 不到1小时即可满载！ |
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防过充电能力 | 必须放在通风良好地方充电在过充 电时易发生爆炸危险。 | 在任何地方均可进行充电,本身具有 过充电保护系统,可以避免因过充电 而产生的爆炸危险！ |
| 启动次数 | 最多4000次 | 至少12000次！ |
| 使用寿命 | 1-2年 | 4倍以上。 |
| 抗震性 | 最多能承受4G(33HZ)震动4小时以 及6G震动1小时。 | 至少能承受4G(33HZ)震动12小时以 及6G震动4小时。 |
| 保养和维护 | 需要定期的加水和慢充电,并要经常 清险电极头的生垢。 | 无需要任何的维护和保养。 |
| 安装 | 必须正放固定 | 可以以任何角度或方式固定,甚至倒 置也一样安全。 |
| 安全性 | 易破损漏液损坏汽车设备,在高温的 环境下还易漏气,漏液甚至发生爆炸。 | 即使在严重撞击破损下照样能正常 工作,且无漏液之担忧,在高温环境 下也不会发生漏气乃至爆炸的危险。 |
| 适用范围 | 一般适用在陆上的交通运输工具,且 要在路面情况比较好的地方使用寿 命相对长一些。 | 适用于水陆空各个领域的交通运输 工具,特别适用于军事领域的各类交 通运输工具中。 |
三、卷绕式铅酸蓄电池主要特点
相对于平板电池而言，卷绕式铅酸蓄电池采用只有1mm左右的极板高压卷绕而成，通过特殊的工艺手段使得电池具有了许多特点：
1、卓越的高低温性能，可在-55℃~75℃下工作。
能抗高温和高寒：由于卷绕式铅酸蓄电池采用了螺旋卷绕技术，其机板与机板之间的间隙极小，且其酸是固体酸，并能被玻璃纤维网所吸附，整个结构是很紧密的。因此在高温下，其基本不存在冒气冒泡的现象，在低温下，其更没有液态酸可冰冻，因此也不存在电流输出减少的问题，根据美国SAE测试标准，卷绕式铅酸蓄电池可在-55℃~75℃范围内安全快速起动和牵引工作，而普通蓄电池的适用温度范围一般在-5℃~40℃。由此可见，相对于我国的北方寒冷的气候和南方炎热的气候而言，则使用卷绕式铅酸蓄电池将会更安全可靠。
太阳能装置由于在户外使用，蓄电池的使用环境极为恶劣，普通铅酸蓄电池在低温下无法有效进行充电，而在高温时又会严重失水、膨胀变形、板栅腐蚀加剧，电池使用寿命较短。卷绕系列太阳能专用电池采用专有低温配方，拥有比普通电池高2~3倍的电极表面积，极大地降低了内阻，使电池在低温下也可以进行正常充电。在高温下，电池内的板栅的腐蚀速度大大提高了，在这种条件下，卷绕式铅酸蓄电池所采用的冷轧铅板栅较普通的铅合金抗腐蚀能力要高的多，因而电池有较长的使用寿命。另外在高温下，卷绕式铅酸蓄电池由于采用了圆柱形结构和高温50kpa的开阀压力，可以有效避免这两种情况的发生，确保电池有很长的使用寿命。
2、充电非常迅速：40分钟内可冲入95%以上的电量。
由于卷绕式铅酸蓄电池的内阻极低，因此可将充电电流基本上全部接受，且其本身容量较大，故充电时没有电流限制，其一般快速充电时间在1小时左右就能满载，相比于普通蓄电池的内阻较高，将以部分充电电流转化为热能散出，且其充电时间一般至少要6小时以上，则卷绕式铅酸蓄电池要方便快速得多。卷绕式铅酸蓄电池采用高纯铅制作，相比普通蓄电池其副反应小得多，因而电池可以使用小电流充电，在阴雨天也可以达到90%以上的充电效率。
3．超长寿命，设计浮充寿命可达8年以上，太阳能领域设计寿命10年以上。
由于卷绕式铅酸蓄电池的活性铅面积非常大，故其放电后的成恢复能力也极强，根据美国SAE标准，在J240测试中，卷绕式铅酸蓄电池的起动次数高达15000次以上。相比于普通蓄电池一般2000-4000次左右的动力与起动次数，则卷绕式铅酸蓄电池更显强劲十足的优势。
4．起动功率非常大。
同样规格的卷绕式铅酸蓄电池和普通蓄电池作比较，卷绕式铅酸蓄电池的输出功率则要至少比普通蓄电池高出4倍。
5、自放电极小。
由于卷绕式铅酸蓄电池的内阻极小，故其本身在闲置不用时的自放电极小。卷绕式铅酸蓄电池可放置两年而不用充电。相比普通蓄电池至多可放置1-2个也ujiu必须充电来说，卷绕式铅酸蓄电池则省心得多。
6、100%深放电后再充电能力强。
这是由于卷绕式铅酸蓄电池极小的内阻和极大的活性铅面积所决定的。卷绕式铅酸蓄电池在100%深放电后的全电量回复循环能力高达350次以上。在50%深度放电后，其全电量再循环次数可达1500次以上：在25%深度放电后，其全电量再充循环次数则更高达4000次以上，由此可见，使用卷绕式铅酸蓄电池则更为保险可靠。
7、能抗剧烈振动和晃动。
由于卷绕式铅酸蓄电池的螺旋卷绕技术和使用固体酸，故抗震晃的能力十分卓越，根据美国SAE测试标准，其能抗4G（33hZ）的震动12小时以及6G的震动4小时后一点也不受损。其更可倒置也一样安全在军事测试中，当子弹射穿蓄电池后，其照样可快速起动车辆，而普通的平板式结构及使用液态酸的蓄电池，注定了其不可给成熟较大震晃，其最多能抗4G（33hZ）震动4小时以及6震动1小时后便不能工作了。因此在一些特殊环境中，使用卷绕式铅酸蓄电池将会更牢靠。
8、良好的PSOC状态工作能力。
鉴于太阳能对蓄电池充电的特殊性，在每次放电后，蓄电池不可能都得到100%的充电，时间一长，电池常常是工作在部分荷电池态下（PSOC），一部分活性物质长时间得不到充电，逐渐失去活性，电池很快失效。而在卷绕式太阳能专用电池中由于电池极板只有0.6~0.9mm厚，同时采用了进口专用隔膜，电池的内阻仅为普通电池的三分之一，在长期不充电后，不需要采用特殊的充电方式，容量也可以正常恢复。
9、平稳的高输出电压，更高的能量密度。
10、结构坚固，具有优异的抗震性能。
11、无游离电解液，可任意方向放置工作。
12、超强的高倍率放电能力，最大放电倍率为18C10。
13、极高的耐小电流深放电能力
四、卷绕式铅酸蓄电池主要应用领域
卷绕式铅酸蓄电池可广泛应用于仪器仪表、电动工具、健身器材、医疗器械、太阳能灯具、输送电设备、各种备用电源 、混合电动车及汽车起动等领域。据有关资料，大型密封铅酸电池不仅可以用于汽车、电动车、通讯、电力等行业，而且也是航空航天、军事领域重要的配套器件，特别是大型动力密封电池的性能指标，直接关系到以上诸多领域的技术水平和安全性能。如在国防建设方面，蓄电池的重量和性能直接关系到海军潜艇和两栖坦克的续航距离和作战能力，此领域的研究水平直接关系到国家政治、军事、经济等多方面的安全问题。因此发达国家将高档电池如卷绕式铅酸蓄电池的研究列为优先发展的重大项目。
卷绕式铅酸蓄电池应用案例
| 汽车以及机械启动 | 宝马、丰田、克莱斯勒、大众、奔驰、福特、沃尔沃、日产、道依茨、帕金斯英格索兰 |
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军用 | 1、美国空军：美国空军在全世界所有的地面实施中均使用卷绕式铅酸蓄电池。 2、挪威和瑞典军队：卷绕式铅酸蓄电池用于跑道牵引车。 3、挪威和丹麦海军：卷绕式铅酸蓄电池用于小型和中型救生船。 4、丹麦海军：卷绕式铅酸蓄电池用于新型军用运输舰“运输900”。 5、荷兰军队：用于长途通讯系统，自动操纵运输和各种各样的起动应用。 |
| 电力、太阳能工程 | 1、荷兰Zwart Tech-nik公司太阳能工程。 2、美国国防部太阳能电站工程。 3、苏丹沙漠太阳能发电工程。 |
五、卷绕式铅酸蓄电池国内外技术动态
瑞典OPTIMA公司在收购美国GATES公司后投入市场的傲铁马牌卷绕式铅酸蓄电池，目前它们主要开发的6V/15AH卷绕式铅酸蓄电池重3.1KG，功率输出为2.2KW，它主要用于电动汽车（EV）和混合电动汽车（HEV）的需求，同时这种电池的卷绕结构决定了它在抗震动和耐冲击方面大大由于传统的平板电池，在一些特别应用场合，如工程机械/港口和机场车辆和设备。美国的EXIDE公司在1999年推出了螺旋卷绕式圆筒蓄电池作为汽车启动用新型VRLA蓄电池。这个市场前景异常广阔。从民用市场来看，混合型电动力汽车已经被世界知名汽车制造商所重视，而这种技术的瓶颈就是蓄电池技术，美国公司的卷绕式铅酸蓄电池作为汽车动力已经在本田的混合电动车上试用。
国内对于蓄电池先进技术——卷绕式铅酸蓄电池还处于发展初级阶段，还没有大规模批量生产。目前涉足卷绕式铅酸蓄电池的生产企业仅有中亿科技、江苏双登、陕西多伦、深圳宝力晟等5家。
中亿科技于2004年开始研发卷绕式铅酸蓄电池，历经4年时间成功开发了2V50AH、6V50AH、12V50AH三种型号卷绕式铅酸蓄电池，目前已经实现小批量生产。
江苏双登（伦敦证交所二板市场上市），生产经营各种铅酸蓄电池和锂电池。公司卷绕式铅酸蓄电池项目2003年立项， 2006年研制成功研制出6V2.5Ah以及2V8Ah卷绕式铅酸蓄电池，2007年产品通过了UL认证，并已实现小批量生产。
陕西多伦于2007年6月研制成功“多伦铁马”牌大型卷绕式铅蓄电池产品，据称产品优于国外的同类产品，并计划利用该项技术投资30亿元启动动力汽车项目。
宝力晟成立于2004年，专业生产2V、4V、6V、12V系列卷绕式铅酸蓄电池，AGM铅酸蓄电池、深循环太阳能蓄电池，高尔夫球车蓄电池、胶体电池。公司2002年开始投入卷绕式电池的研发，目前已批量自动化生产2.5AH-50AH系列卷绕式电池，产品通过了CE、UL认证。目前大部分产品出口到欧洲市场，其中40%用于军方，20%用于船舶和工程机械，其余用于其他领域。
由于卷绕式铅酸蓄电池存在一定的技术壁垒，同时关注的企业不多，国内市场也尚未启动，在近两三年内市场竞争格局不会有大的变化。
六、卷绕式铅酸蓄电池市场前景分析
铅酸蓄电池是目前世界上各类电池中产量最大、用途最广的一种电池。具有功率特性好、自放电小、高低温性能优越、生产和回收技术成熟以及具有廉价优势，是目前二次电池的主流产品，销售额居二次电池之首。今后10年乃至更长时间仍将在市场中占主导地位。根据业内预测，至2010年，中国铅酸蓄电池年平均销售增长率大约为15％左右，2010年的产量将达到13000万~14000万kVAh，销售收入650亿~700亿元。卷绕式铅酸蓄电池作为普通铅酸蓄电池的替代产品，未来市场前景看好。
目前，全球量产卷绕式电池的企业在五家之内，只要集中在欧美发达国家，国内生产的卷绕式铅酸蓄电池已完全达到了国际标准，而国内采购的价格仅为国外的3/5，甚至1/2，成本优势明显。随着人类对能源需求的升级，孕育着巨大的市场机会。我国是铅酸蓄电池的消费大国和出口大国。传统板式铅酸蓄电池的生产是以国家资源和环境为代价的。据统计，随着通讯汽车等行业的发展，市场每年的蓄电池需求增长率约为35-45%，在每年数百亿元的市场需求中铅酸蓄电池占有80-90%的市场份额，卷绕式铅酸蓄电池产品可为国家节约30%（数十亿乃至数百亿人民币）的有色金属材料资源。
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