电动汽车用动力电池摘要能源危机和环境恶化已成为传统汽车发展的最大障碍,而发展电动汽车能够很好的解决这些问题.电动汽车不仅能够减少燃油消耗,提高经济性,而且还能降低尾气的排放,提高环境质量.电动汽车的关键技术之一是动力电池,动力电池的好坏一方面决定着电动汽车的成本,另一方面决定着电动汽车的动力性和续驶里程,这2个方面也是电动汽车与传统的燃油汽车竞争的关键所在.能否开发出性价比高的动力电池对电动汽车的未来发展具有至关重要的作用.关键词：铅酸蓄电池，正负极板，电极，电解液，电子等等。

前言电池是电动汽车的动力源，是能量的储存装置，也是目前制约电动汽车发展的关键因素。

要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键是开发比能高，比功率大，使用寿命长，成本低的电池......电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池，物理电池和生物电池三大类。

在三大电池当中化学电池又分为：原电池，蓄电池，燃料电池和储备电池，从化石燃料向可再生能源转换的能源革命中蓄电池所起的作用非常大，政府民间都在大力进行研发。

物理电池是利用大自然的能量来吸附储存，有太阳能电池，超级电容器，飞轮电池等等。

生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池，酶电池，生物太阳能电池等。

电动汽车用动力电池的性能指标主要是：电压，容量，内阻，能量，功率，输出功率，自放电率，使用寿命等，根据电池种类不同，其性能指标也有所不同。

电动汽车对动力电池的要求是：（1）比能量高：主要是为了提高电动汽车的继驶里程；（2）比功率大：为了能使电动汽车的加速行驶以及负载能力；（3）充放电效率高；（4）相对稳定性好；（5）使用成本低；（6）安全性好等等。

正文在电池的发展史之中，铅酸蓄电池是最成熟的电动汽车蓄电池。

我们常用的铅酸蓄电池主要分为三类，分别为普通蓄电池、干呵蓄电池和免维护蓄电池三种。

铅酸蓄电池是蓄电池的一种，主要是采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别作为电池的正极和负极的一种酸性蓄电池。

基本构造：铅酸蓄电池主要由以下部分构成：1.硬橡胶管 2.负极板 3.正极板4。

隔板5.鞍子6.汇流排7.封口胶8.电池槽盖9.连接10.极柱11.排气栓正负极板:铅酸蓄电池的极板，依构造和活性物质化成方法，可分为四类：涂膏式极板，管式极板，化成式极板，半化成式极板。

涂膏式极板（涂浆式极板）由板栅和活性物质构成的。

板栅的作用为支撑活性物质和传导电流、使电流分布均匀。

板栅的材料一般采用铅锑合金，免维护电池采用铅钙合金。

正极活性物质主要成份为二氧化铅，负极活性物质主要成为绒状铅。

隔板:电池用隔板是由微孔橡胶、玻璃纤维等材料制成的，它的主要作用是：防止正负极板短路。

使电解液中正负离子顺利通过。

阻缓正负极板活性物质的脱落，防止正负极板因震动而损伤。

因此要求隔板要有孔率高，孔径小，耐酸不分泌有害杂质，有一定强度，在电解液中电阻小，具有化学稳定性的特点如图所示：电解液:电解液是蓄电池的重要组成部份，它的作用是传导电流和参加电化学反应电解液是由浓硫酸和净化水（去离子水）配制而成的，电解液的纯度和密度对电池容量和寿命有重要影响。

排气栓：一般由塑料材料制成，对蓄电池起密封作用，阻止空气进入，防止极板氧化。

同时可以将充电时蓄电池内产生的气体排出蓄电池，避免蓄电池产生危险。

使用前，必须将排气栓上的盲孔用铁丝刺刺穿，以保证气体溢出通畅。

电池壳、盖：电池壳、盖是装正、负极板和电解液的容器，一般由塑料和橡胶材料制成。

电解液的主要作用是参加极板上的化学反应、导通离子和降低电池反应时的温度。

蓄电池的正极和负极之间由隔板隔开，吸附式密封蓄电池的隔板是由超细玻璃丝绵制作的，这种隔板可以把电解液吸附在隔板内，吸附式密封蓄电池的名称也是由此而来。

胶体蓄电池的隔板种类比较多，而且很多厂家还使用多种材料复合的隔板。

在蓄电池充、放电时，正极、负极活性物质和电解液同时参加化学反应。

电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。

英语：Lead-acid battery 荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。

目前电动自行车使用的电池品种不少。

除了使用量最大的阀控密封式铅酸蓄电池以外，还有镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池、聚合物锂电池、锌空电池、燃料电池等等。

其中，以铅酸蓄电池为数量最多。

铅酸蓄电池的价格最低，也最常用，中国是全世界铅酸蓄电池最大的生产国。

其含污染的成分比较少，可回收性好。

缺点是比容小。

也就是说，在同样的容量下，电池重量和体积都大。

目前的铅酸蓄电池基本上是由浮充类型的电池发展而来的。

浮充电池不适应快速充电和大电流放电，虽然技术人员的花费了大量的心血进行了卓有成效的改进，可以进入实用了，但是其寿命还是非常不理想的。

镍氢电池的比容比铅酸蓄电池好很多，单体电池的寿命也比较好，其大电流充放电特性也比铅酸蓄电池好。

问题是镍氢电池串连电池组的管理问题比较多，一旦发生过充电以后，就会形成单体电池隔板熔化的问题，导致整组电池迅速失效。

所以，国产的镍氢电池的关键技术问题还是充电器和电池管理系统的问题，而这个问题还没有引起各个电池制造商和车厂足够的重视。

所以，镍氢电池的发展收到很大的制约。

镍镉电池的大电流大电流特性比镍氢电池好，其抗过充电特性也比镍氢电池好，如（1）中国又是世界上镍镉电池的生产大国。

一些人提出镉污染的问题，中国现在还在大量的向欧洲出口镍镉电池及其应用产品，欧洲到2006年才开始限制。

(2)据中央电视台播放的消息，神州五号还是采用镍镉电池的。

这是其相对比较高的可靠性的优点使该品种电池还在应用与宇航设备上。

这样，电动自行车方面过早的使镍镉电池退出应用是否有一些过激。

而镍镉电池的成本和充电器的成本都明显低于镍氢电池，只要回收处理好了，还是应该保留这个电池品种的。

锂离子电池的比容要好于镍氢电池，对于同样容量的铅酸蓄电池来说，锂离子电池的重量相当于一台笔记本电脑，这样老弱妇孺就都可以使用了。

其寿命也可以比镍氢电池做得好。

目前的手机电池基本上都是采用这种电池。

锂电池的内阻相对比较大，在电动自行车上使用会出现电池即将完全放电的时候感觉车的动力不足。

锂离子电池更主要的问题是在过充电和过放电状态电池会发生爆炸，手机电池都是使用的单体电池，再经过良好的保护电路来配合使用，基本上杜绝了电池爆炸的问题。

而在电动自行车上使用，必须要使用串连电池组，而串连电池组的保护电路的复杂程度远远超过单体电池的保护电路，其材料成本也大大增加。

目前一个良好的锂电池保护电路的成本与锂电池的成本接近电池本身的价格。

而聚合物锂电池的爆炸杀伤力低于锂离子电池，但是，也存在着爆炸和燃烧的可能性。

这也是与锂离子电池一样需要解决问题的。

锌空电池以其比容大、污染小而著称于世。

电池采用换电的方法，更新电池锌板。

更换一次锌板可以使用160公里到220公里。

上海已经在全国率先垂范的开展了锌空电池在电动自行车方面的应用，在全市设立了数十个换电网点，开创了锌空电池在电动自行车方面应用的先河。

其局限性是：暂时还无法在上海以外的地方开展应用试验，同时其使用成本也是铅酸蓄电池的数倍。

如果，再进一步扩大其应用范围，有进一步降低使用成本的可能性。

铅酸蓄电池充、放电化学反应的原理方程式如下：正极：PbO2 + 2e + HSO4- + 3H+ == PbSO4 + 2H2O负极：Pb + HSO4- == PbSO4 + H+ + 2e总反应：PbO2 + 2 H2SO4 + Pb == 2 PbSO4 + 2H 如图所示：铅酸蓄电池充电后，正极板二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质--氢氧化铅（Pb(OH)4），氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb4）留在正极板上，故正极板上缺少电子。

铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO4）发生反应，变成铅离子（Pb2），铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子（2e）。

可见，在未接通外电路时（电池开路），由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，如右图所示，两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。

铅酸蓄电池放电过程的电化反应铅酸蓄电池放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I。

同时在电池内部进行化学反应。

负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子（Pb2）与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。

正极板的铅离子（Pb4）得到来自负极的两个电子（2e）后，变成二价铅离子（Pb2），，与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。

正极板水解出的氧离子（O-2）与电解液中的氢离子（H）反应，生成稳定物质水。

电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电池的正负极，在电池内部形成电流，整个回路形成，蓄电池向外持续放电。

放电时H2SO4浓度不断下降，正负极上的硫酸铅（PbSO4）增加，电池内阻增大（硫酸铅不导电），电解液浓度下降，电池电动势降低。

从以上的化学反应方程式中可以看出，铅酸蓄电池在放电时，正极的活性物质二氧化铅和负极的活性物质金属铅都与硫酸电解液反应，生成硫酸铅，在电化学上把这种反应叫做“双硫酸盐化反应”。

在蓄电池刚放电结束时，正、负极活性物质转化成的硫酸铅是一种结构疏松、晶体细密的结晶物，活性程度非常高。

在蓄电池充电过程中，正、负极疏松细密的硫酸铅，在外界充电电流的作用下会重新变成二氧化铅和金属铅，蓄电池就又处于充足电的状态。

正是这种可逆转的电化学反应，使蓄电池实现了储存电能和释放电能的功能。

铅酸蓄电池的充电方法有：恒流充电法如图：分段电流充电法。

如图：人们在日常使用中，通常使用蓄电池的放电功能，把充电阶段作为对蓄电池的维护工作。

铅酸蓄电池在充足电的情况下可以长时间保持电池内化学物质的活性，而在蓄电池放出电以后，如果不及时充足电，电池内的活性物质很快就会失去活性，使蓄电池内部产生不可逆转的化学反应。

所以无论是电动车电池还是其他用途的铅酸蓄电池，一般生产厂家都会要求使用者对蓄电池充足电保存，并定期对电池补充电.因此，在日常生活中蓄电池的容量减少到规定值以前，蓄电池的充放电循环次数称为循环寿命。

在正常维护条件下，蓄电池浮充供电的时间，称为浮充寿命。

通常免维护铅酸蓄电池的浮充寿命可达10年以上。

通常要完成两个任务，首先是尽可能快地使电池恢复额定容量，另一个任务是用涓流充电补充电池因自放电而损失的电量，以维持电池的额定容量。

在充电过程中，铅酸电池负极板上的硫酸铅逐渐变为铅，正极板上的硫酸铅逐渐变为二氧化铅。

当正负极板上的硫酸铅完全变成铅和二氧化铅后，电池开始发生过充电反应，产生氢气和氧气。