在高性?xún)r(jià)比的化學(xué)電源中，誕生了150多年的鉛酸蓄電池，在目前的應(yīng)用中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。但隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加快，用戶(hù)和環(huán)境也對(duì)于鉛酸蓄電池的性能寄予了更多的期望（例如高能量密度、高可靠性、快速充電接受性能、高率放電性能、節(jié)能低碳、更低總擁有成本等），而傳統(tǒng)型的鉛酸蓄電池技術(shù)已經(jīng)逐漸在這些新的技術(shù)期待面前捉襟見(jiàn)肘；此外，傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池在制造之初，為了便于加工及提高機(jī)械強(qiáng)度，不得不在板柵中加入其它金屬形成合金結(jié)構(gòu)，但是合金形成后，一方面固然增加了加工的便利性。但另一方面也導(dǎo)致電池極板在使用過(guò)程中腐蝕加快、電池的自放電率增大、使用過(guò)程中失水較快、內(nèi)阻變大等問(wèn)題。基于以上需求和問(wèn)題，不添加任何合金的純鉛薄極板（Thin Plate Pure Lead，TPPL）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

純鉛薄極板電池最初由美國(guó)Gates公司研發(fā)成功并申報(bào)了專(zhuān)利保護(hù)，最早的研發(fā)方向是應(yīng)用于航空設(shè)備電源系統(tǒng)的卷繞式圓柱形電池，由于高純度的金屬鉛板柵（純度約99.99%）較軟，制造工藝難度非常大，該技術(shù)并未得到大面積推廣。由于純鉛技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)，后來(lái)部分國(guó)外廠(chǎng)家投入大量的精力，結(jié)合蓄電池領(lǐng)域應(yīng)用工況，進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的研發(fā)試制，同時(shí)也優(yōu)化了純鉛薄極板的電化學(xué)體系、提高充放電接受能力，通過(guò)特殊的生產(chǎn)工藝及采用全自動(dòng)化的工裝機(jī)器人生產(chǎn)出適宜于工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的板式（Plate）純鉛薄極板電池并成功的將其進(jìn)行商業(yè)化。

TPPL技術(shù)作為化學(xué)電源中的新型技術(shù)，它既不同于傳統(tǒng)型鉛酸蓄電池的膠體（Gel）技術(shù)，也不完全等同于普通型鉛酸蓄電池的AGM（AbsorbedGlassMat）技術(shù)；純鉛薄極板技術(shù)從電池的基本材料（包括外殼）、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電化學(xué)性能、制造工藝及質(zhì)量控制都與傳統(tǒng)產(chǎn)品有著極大的差別，體現(xiàn)了化學(xué)電源技術(shù)發(fā)展的最高水平。

1 純鉛薄極板技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1） 純鉛板柵

純鉛板柵通常采用高純度的原生態(tài)鉛再提純后經(jīng)碾壓、沖壓制成正負(fù)極板柵鉛帶，與傳統(tǒng)的重力澆鑄型鉛鈣錫合金板柵不同，純鉛板柵的晶格更為致密，即便在高溫環(huán)境之下也更耐腐蝕（見(jiàn)圖1）；同時(shí)相比于合金板柵，其析氫過(guò)電位更高，更有效地減少蓄電池在充電過(guò)程中電解失水。

（2） 超薄型極板

相對(duì)于傳統(tǒng)的鉛鈣合金電池極板，純鉛薄極板電池極板厚度僅有1mm左右（見(jiàn)表1），在同等的空間內(nèi)可以放入更多的極板，提高了極板反應(yīng)接觸總面積（如圖2），從而使得純鉛電池在快速充電和高功率放電時(shí)性能表現(xiàn)極其優(yōu)異。

（3） 極板預(yù)防短路設(shè)計(jì)

由于純鉛薄極板電池極板非常薄，加之純度高，極板本身較軟，容易變形；純鉛薄極板采用了特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，極板表面增加耐酸、耐熱的防短路防脫落材料，一方面保證電解液中荷電離子的移動(dòng)，另一方面有效避免了超薄型極板容易變形導(dǎo)致短路、充填進(jìn)板柵的活性物質(zhì)因大電流負(fù)載下崩脫等故障。

（4）高強(qiáng)度阻燃性外殼由于純鉛薄極板電池內(nèi)部極板片數(shù)較多，內(nèi)部群壓較高，加之純鉛薄極板電池工作壽命很長(zhǎng)，普通型（或改性）的ABS、PP塑料外殼無(wú)法滿(mǎn)足極板壽命需求，所以純鉛薄極板電池均采用具有更高強(qiáng)度、無(wú)鹵素高阻燃性的改性PPO（ModifiedPoly-PhenyleneOxide）塑料作為外殼，以確保電池的外殼在整個(gè)電池正常壽命周期內(nèi)，材料無(wú)降解、性能無(wú)衰減，且在使用中不產(chǎn)生變形。根據(jù)測(cè)試，采用改性PPO材料外殼制作的純鉛薄極板電池工作溫度范圍在-40～+65℃。

在同等的壁厚、氣壓、面積等條件下，各外殼材料的特性見(jiàn)表2.

（5）自放電率更低

由于純鉛薄極板電池內(nèi)部采用高純度的材料，與合金板柵的電池容易出現(xiàn)的內(nèi)阻大、每3～6個(gè)月需要進(jìn)行充電等要求不同，在常溫狀態(tài)下，純鉛薄極板電池可以靜置兩年以上（見(jiàn)圖3）。

（6）大電流充放電接受性與傳統(tǒng)性蓄電池相比，純鉛薄極板電池極板數(shù)量更多、反應(yīng)面積更大、內(nèi)阻較小，可以接受高達(dá)10C10的充電電流。對(duì)于完全放電的電池，當(dāng)采用1C10的充電限流值時(shí)，在2h內(nèi)可以將電池100%充滿(mǎn)；即使采用電信行業(yè)常用的0.25C10的限流值，100%充滿(mǎn)電的時(shí)間也在6h以?xún)?nèi)，充電時(shí)間不到傳統(tǒng)閥控式鉛酸電池的三分之一（見(jiàn)圖4）。

（7）卓越的高、低溫性能

純鉛薄極板電池?fù)碛斜绕胀姵馗蟮臉O板比表面積，極大地降低了內(nèi)阻，使電池在低溫下也能進(jìn)行正常充電。由于其貧液式設(shè)計(jì)，低溫下沒(méi)有液態(tài)酸的冰凍，因此也不產(chǎn)生輸出電流隨溫度降低而急劇減小的問(wèn)題；在高溫下，冷軋純鉛板的高耐腐蝕性和超高的充電接受性，確保電池有很長(zhǎng)的使用壽命（見(jiàn)圖5）。

作為先進(jìn)技術(shù)所代表的電池產(chǎn)品，純鉛薄極板電池以其傳統(tǒng)型電池不具備的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于傳統(tǒng)型鉛酸電池所面臨的在高溫環(huán)境下的使用壽命短、均一性差和快速充放電、浮充、循環(huán)使用同時(shí)兼顧等問(wèn)題提出了有效的解決方案，所以在對(duì)于可靠度要求較高（例如軍工、航天、地鐵、石化、銀行等）的領(lǐng)域，純鉛薄極板電池得以大量應(yīng)用。

根據(jù)調(diào)查，在北美Switch、Latisys數(shù)據(jù)中心、DigitalRealityTrust數(shù)據(jù)中心、Facebook數(shù)據(jù)中心、香港機(jī)場(chǎng)、香港地鐵、廣州地鐵等用戶(hù)中，均有大量的純鉛薄極板電池在投入使用，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間跟蹤測(cè)試發(fā)現(xiàn)，純鉛薄極板電池均一性好、使用溫度范圍寬、支持間歇式充電、無(wú)一例發(fā)現(xiàn)有電池變形、漏液等明顯的制造瑕疵，用戶(hù)普遍評(píng)價(jià)較好。表3為廣東某地鐵隨機(jī)抽查數(shù)據(jù)（12V100Ah）。

2 純鉛薄極板技術(shù)的不足

雖然純鉛薄極板電池有著眾多傳統(tǒng)型化學(xué)電源不可比擬的優(yōu)勢(shì)，但其技術(shù)也存在一些難點(diǎn)，例如原材料提純要求較高、生產(chǎn)主要依賴(lài)自動(dòng)化設(shè)備、工藝難度較大等等，導(dǎo)致其技術(shù)讓制造企業(yè)無(wú)法快速掌握。

文章編輯：CobiNet(寧波)  
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