[发明专利]一种变极性铅酸电池及其使用方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种变极性铅酸电池及其使用方法，属于电化学储能器件领域。

背景技术

从1859年盖斯腾·普朗特发明铅酸蓄电池之后，铅酸蓄电池一直是电池领域应用最广泛的产品，如汽车、机车、轮船、飞机、移动通讯及后备供电设备上都采用铅酸蓄电池。在镍-镉电池、镍-氢电池、锂离子电池等新型电池相继上市的几十年中，其仍能牢固地占据大部分市场份额，这充分地体现了铅酸电池在成本、安全性等方面的优势。目前，在小型混合动力型电动汽车和特种电动车中95％以上都是使用铅酸电池。作为油电混合动力汽车的微型和轻度混合电动车，铅酸电池作为化学电源也获得了成功的应用。

但铅酸电池循环寿命短，单次循环成本高，是铅酸电池发展受到质疑的主要原因之一。特别在动力电池应用方面，复杂的行驶过程经常使得铅酸电池过充过放，造成负极迅速地“不可逆硫酸盐化”，使电池寿命过早终结。据统计，在动力型VRLA铅酸电池的失效模式中，有70～80％是电池“不可逆硫酸盐化”造成的。因此，硫酸盐化一直是铅酸电池行业致力想要解决的问题。人们对铅酸电池负极板栅组成、结构及活性物质成份、涂布方式等进行了大量研究改进，均只能一定程度上减缓而无法从根本上消除“硫酸盐化”问题。为解决上述问题，我们需要对负极硫酸盐化的原因进行探讨。铅酸电池充放电过程反应如下：

(1)正极反应

充电：PbSO₄+2e^-+2H₂O＝PbO₂+4H⁺+SO₄^2-

放电：PbO₂+2e^-+SO₄^2-+4H⁺＝PbSO₄(R)+2H₂O

(2)负极反应

充电：PbSO₄+2e^-＝Pb+SO₄^2-

放电：Pb-2e^-+SO₄^2-＝PbSO₄(O)

如果将PbO₂还原生成的PbSO₄定义为PbSO₄(R)，将Pb氧化生成的PbSO₄定义为PbSO₄(O)。研究发现PbSO₄(O)膜层中离子迁移阻抗是PbSO₄(R)的5-10倍，即铅酸电池正极形成的PbSO₄(R)比负极形成的PbSO₄(O)活性高得多，正是由于负极PbSO₄(O)的低活性，PbSO₄(O)充电过程无法完全还原为Pb，逐渐在负极积聚严重阻碍电池充放电，最终引起电池硫酸盐化而失效。因此如果能使负极低活性PbSO₄(O)→Pb的过程变成高活性PbSO₄(R)→Pb，必定能极大提高负极的充电接受能力，提高负极活性物质利用率，并减少负极硫酸盐化，而变换电池极性可以达到这一目的。变换铅酸电池极性在早期对硫酸盐化失效后的铅酸电池活化过程中有使用到，经反向充电活化后的失效铅酸电池在短期内会重新获得较好的容量及充放电性能，但是由于铅酸电池正负极成分存在较大差异，反向充电过程中原负极中的一些添加剂会被氧化而失效，使得变换极性后的电池寿命大幅减短，故而普通铅酸电池是严禁正负极反接的。

本发明基于铅酸电池反应的微观机理，首次提出了将铅酸电池变换极性的概念，选用的构成电池正极和负极的电池板栅材料和铅膏的成分均能满足正负极转换之后的反应要求；并对电池极板进行重新设计，目的在于彻底消除困扰铅酸电池行业百年之久的“负极硫酸盐化”问题，并能极大提高活性物质利用率，增大电池充电接受能力及大电流放电能力，提高铅酸电池循环寿命及充放电容量。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能消除铅酸电池负极硫酸盐化问题，提高负极充电接受能力，改善铅酸电池的大电流充电性能，提高负极板放电能力，改善铅酸电池大电流放电性能，以及延长使用寿命的铅酸电池及该电池的使用方法。

一种变极性铅酸电池，所述的电池由板栅和铅膏组成，构成电池正极和负极的电池板栅材料一致，构成电池正极和负极的铅膏的成分及含量一致。