2018-2022年中国铅酸蓄电池行业市场研究与预测报

一、中国的铅酸蓄电池现状

定义：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-acidbattery。

放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。分为排气式蓄电池和免维护铅酸电池。

电池主要由管式正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽、电池盖、极柱、注液盖等组成。排气式蓄电池的电极是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁。老式普通蓄电池一般寿命在2年左右，而且需定期检查电解液的高度并添加蒸馏水。不过随着科技的发展，铅酸蓄电池的寿命变得更长而且维护也更简单了。

铅酸蓄电池最明显的特征是其顶部有可拧开的塑料密封盖，上面还有通气孔。这些注液盖是用来加注纯水、检查电解液和排放气体之用。按照理论上说，铅酸蓄电池需要在每次保养时检查电解液的密度和液面高度，如果有缺少需添加蒸馏水。但随着蓄电池制造技术的升级，铅酸蓄电池发展为铅酸免维护蓄电池和胶体免维护电池，铅酸蓄电池使用中无需添加电解液或蒸馏水。主要是利用正极产生氧气可在负极吸收达到氧循环，可防止水分减少。铅酸水电池大多应用在牵引车、三轮车、汽车起动等，而免维护铅酸蓄电池应用范围更广，包括不间断电源、电动车动力、电动自行车电池等。铅酸蓄电池根据应用需要分为恒流放电（如不间断电源）和瞬间放电（如汽车启动电池）。

二、发达国家的铅酸蓄电池状况

铅酸蓄电池是发展历史最为悠久的二次电池，是世界上第一个商业化应用的可再充电池，自1859年法国物理学家Gaston Plante（普兰特）发明以来，已经历了150多年的发展历程。

铅酸蓄电池已经发展成为世界上产量最大的电池产品，生产量占电池行业总量的50%，占充电电池的70%，即便是欧美日等世界上最发达的国家和地区，至今也仍大量生产和使用铅酸蓄电池。

铅酸蓄电池150年的历史中，技术进展是其能够持续发展的动力，其大致经历了以下三个阶段的发展：

①开口式（富液式）蓄电池

最早的开口式铅酸蓄电池，内部有流动的电解液，充电、放电时会析出气体和酸雾，内部硫酸溶液在使用运输过程容易溢出，污染环境，对使用者有一定的危险性，如酸液腐蚀衣服。灼伤皮肤，损毁设备等，而且由于充电时失水，电池需经常加水维护（频繁时一个月一次），使用不便。

②富液式免维护蓄电池

二十世纪七十年代，出现了富液式免维护蓄电池，采用铅钙合金，水分解的速度减小，在一定程度上解决了电池充电失水问题，蓄电池在3-5年的使用期限内，不需补加水，但蓄电池需要直立安装，充电时仍有少量气体和酸雾溢出，主要应用于汽车等车辆启动。

③阀控密封免维护蓄电池

1971年，美国Gates公司发明了吸液式超细玻璃棉隔板（Absorbent Glass Mat）技术，即阀控式蓄电池（VRLA）的AGM技术。该技术从实践上解决了电池内部氧气的复合循坏问题，使铅酸蓄电池实现了100多年来的密封、不漏液的梦想，结束了铅蓄电池开口的时代，开创了铅蓄电池发展历史上的一个新的里程碑。阀控式密封免维护蓄电池，利用吸附式AGM隔板和气体再化合原理，充电过程产生的氧气，可以在电池内部再化合为水，且采用密封结构，解决了电池漏酸、腐蚀、维护问题，电池性能大大提高。

我国从九十年代开始研制和生产阀控式密封免维护蓄电池。阀控密封蓄电池可以任意位置安装，由于没有酸雾溢出，不污染环境，蓄电池可以与电子元器件安装在一起，不需要单独的电池房间。另外，蓄电池寿命可长达20年。阀控密封蓄电池的另一种结构是利用二氧化硅与稀硫酸形成凝胶电解液，使电解液成不流动状态，达到与AGM同样的效果，即胶体电池。

目前开口式铅酸蓄电池由于环保和安全性问题，已被列为淘汰类产品。

第二节 我国铅酸蓄电池的使用现状分析

经过150余年的发展，铅酸蓄电池在理论研究方面，在产品种类及品种、产品电气性能等方面都得到了长足的进步，不论是在交通、通信、电力、军事还是在航海、航空各个经济领域，都起到了不可缺少的重要作用。

产品应用：

备用电源

*电信；

*太阳能系统；

*电子开关系统；

*通讯设备：基站，PBX，CATV,WLL,ONU,STB，无绳电话等；

*后备电源：UPS,ECR，电脑后备系统，sequence，etc；

*紧急设备：应急灯，手电筒，火警盗警，防火闸。

主电源

*通讯设备：收发器；

*电力控制机车：采集车，自动运输车，电动轮椅，清洁机器人，电动车等；

*机械工具启动器：剪草机，hedgetrimmers，无绳电钻，电动起子，电动雪橇，等等；

*工业设备/仪器；

*摄像：闪光灯，VTR/VCR，电影灯等；

其它便携式设备，等等。

统计数据显示，2015年中国铅酸蓄电池行业销量20840.59万千伏安时，2016年中国铅酸蓄电池行业销量20277.90万千伏安时，同比下降2.7%。

图表：2014-2018年上半年中国铅酸蓄电池行业销量

数据来源：公开资料整理

第三节 铅酸蓄电池技术的现状分析

一、行业主要生产技术介绍

1、铅酸蓄电池生产工艺

铅酸蓄电池的制作工艺较为复杂，目前行业内对免维护铅酸蓄电池的生产工艺主要分为铅带轧制、铅膏和制、板栅制作、铅膏涂填、固化干燥、极群铸焊和极群人槽、穿壁焊、大盖热封和端子焊接、电池加酸和化成、小盖热封和检测下线等工序。

1.铅带轧制

（1）来料：对蓄电池生产厂商，一般直接从具有资质的冶炼公司采购合金铅，对于免维护蓄电池，合金铅指的是铅钙合金。需要对合金铅的成分进行分析，将钙、铅、锡等金属的含量控制在一定范围内，杜绝杂质如铁、铜等金属的含量超标。

(2)合金配制：将合金铅输人熔铅炉中进行熔化，配制所需的铅合金。这个过程需要对熔铅炉内的温度和搅拌时间进行控制。对配制完成的合金，需要再次进行光谱分析，保证合金成分满足要求。

(3)铅带轧制：将制成的合金通过铅带碾压设备制成铅带，成卷存放，以备后续工序使用。

2.铅膏和制

（1）来料：蓄电池厂商外购电解铅，与合金铅一样，需要对来料进行光谱分析等，控制材料成分。同时，还需要外购硫酸和纯水，配制成各种浓度的稀硫酸，以备铅膏和制过程和蓄电池生产过程中使用。

(2)铅粉制造：首先将来料电解铅在铸粒机中制成铅块，再将铅块输送到铅粉机内。目前，国内较多采用球磨机研磨铅块制成铅粉。铅块在球磨机的滚筒内进行研磨。滚筒工作时按照一定的设计转速转动，既要保证铅块不会因转速过快而随滚筒壁转动，又要保证铅块不会在较低位置下落，使铅块之间不断地碰撞和摩擦，进而形成不同尺寸的颗粒。同时，由通风系统输人具有一定湿度的高温空气，铅的表面将受到空气中氧的作用发生氧化，放出热量。铅的氧化物与纯铅的性质不同，在摩擦和撞击的作用下，铅的氧化物将从铅的表面脱落，进一步被磨细，进而得到所需的铅粉。生产中主要通过铅粉的氧化度、视密度、吸水率等参数来衡量和控制制成铅粉的质量。

(3)铅膏和制：首先将一定量的铅粉和添加剂投放到和膏机中干混均匀，然后加人定量的水并使铅粉均匀湿润，再缓慢加人一定量指定浓度的硫酸溶液，这个过程会产生大量热量，必须进行冷却降温处理，同时采用水冷和风冷，以确保铅膏温度保持在合适的范围内，控制加酸结束时铅膏温度不高于70℃。在加酸结束后，和膏过程继续进行，直到铅膏温度低于40℃：。这时，如果铅膏密度和稠度合适，即可取出如果出膏时膏温较高，铅膏可能会进行反应而变硬。对制成的铅膏，通过铅膏视密度和针人度来衡量和控制制成铅膏的质量。

在铅膏和制过程中，正、负铅膏应分别使用不同的和膏机分别配制，以防极性污染，影响电池性能。

3.板栅制造

从库房取出制成的铅带，采用拉网工艺，将铅带扩展成板栅。对制成的板栅，主要控制和检测板栅的高度、节点厚度、尺寸、重量等参数在标准范围内，并且不得有边框断裂，筋条断裂需要在可以接受的范围以内。板栅质量的好坏直接影响到蓄电池的放电性能和使用寿命。以往蓄电池厂商多采用铸造工艺来制作板栅，生产效率较低，成本较高、

4.铅膏涂填

将拉网制成的板栅沿流水线向下通过涂膏机，将铅膏涂填在板栅上制成湿生极板。通过控制板栅重量和湿生极板重量来对涂膏量进行控制。同时，需要对湿生极板的表面涂填质量进行目视化检测，保证无漏筋缺膏和漏涂，且在板栅边框、板耳处无明显余膏。

5.固化干燥

涂填后(经表面千燥或不经表面干燥)的湿铅膏极板，在一定温度和湿度的固化室中，实现铅膏中游离铅的氧化、活性物质与板栅腐蚀结合及铅膏之间转变成稠状组织形成多孔活性物质的过程。固化干燥过程中，环境温度、相对湿度及固化时间是保证实现以上过程的必要条件队固化干燥是铅酸蓄电池极板成型的重要工序。对于完成固化干燥的生极板，主要通过对干生板的铅膏附着强度、干生极板的重量、金属铅的含量进行检测。以衡量干生极板的质量。同时，要对表面是否有铁锈、裂纹、活性物质脱落等情况进行评估。

6.极群焊接、入槽

将完成固化干燥的生极板进行隔板包封，然后按正负极板进行交替包封配组，每组的正负极板的数量根据所需蓄电池的型号不同而有差异。使用极群铸焊机完成极群的自动铸焊和入槽在铸焊过程中，应注意调整铸焊模具和铸焊温度，确保铸焊质量，保证极群组汇流排和各极板板耳的交熔尺寸，避免虚焊或假焊。

7.穿壁焊

完成极群组人槽后，穿壁焊接机将对槽体相邻单元格中极群组焊接进行连接。通过控制焊接设备的工作电压、焊接电流、焊接时间等来保证对焊质量。此过程同样不得出现虚焊或假焊，否则会影响蓄电池的大电流放电性能，甚至导致蓄电池内部断路，功能失效。

8.大盖热封和端子焊接

在检测极群焊和穿壁焊无焊接缺陷后，取蓄电池大盖，使用热封机进行大盖热封。通过控制压合时间、热熔时间、热熔温度，将大盖和槽体紧密连接。热封后需进行气密性测试，保证槽体和盖体连接处及槽体其他部位无孔或缝隙，以免加酸后引起漏酸现象。端子焊接即使用焊接模具，将大盖上的铅套同槽内极群组的极柱熔融焊接，须保证交熔深度，确保焊接质量。

9.电池加酸和化成

在完成大盖热封和端子焊接后，就要向槽体中加人电解液。当前电池加电解液的方式普遍采用二次换液工艺，其工艺过程为加低密度电解液—电池化成—倒酸—二次加电解液—调液面。这种工艺化成效率高，省电节能，质量稳定。首先向槽体中注人提前配制好的一定浓度的稀硫酸，然后将电池连接至直流充电机进行充电化成。化成是活性物质制备的最后一道工序，用通人直流电的方法使正极板上的粉膏物质发生电化学氧化，生成二氧化铅，同时在负极上发生电化学还原，生成多孔海绵状铅。
在化成过程中，应注意对充电电流和时间进行控制，并监测电解液温度。化成好的极板称为熟极板。这里采用的电池内化成工艺，适用于生产带液荷电蓄电池，此外还有电池外槽化成等化成方式。

化成完成后，参照上述二次换液工艺，将电池槽内的酸倒掉，重新加人一定浓度的稀硫酸.必须保证槽内每个单元格中所加稀硫酸的液面齐平，即保证稀硫酸加人量一致。

10.小盖热封和检测下线

小盖热封工艺原理和过程控制点与大盖热封基本一致。在完成小盖热封后，蓄电池加工基本完成，在对蓄电池的气密性、开路电压和放电电流检测合格后，进行贴标签、打码等操作，就正式成品下线了。

2、阀控密封蓄电池技术介绍

（1）阀控密封蓄电池技术介绍

阀控密封式铅酸蓄电池，简称VR工A电池（Va工ve Regu工ated工ead Acid Battery），是上世纪80年代后迅速发展起来的新一代铅酸蓄电池，实现了铅酸蓄电池行业革命性的技术突破，其主要特点为充放电过程中实现了内部氧气的循环机制，正极的氧可以顺利到达负极与氢复合成水，因此可以实现密封。阀控密封式铅酸蓄电池具有传统开口或排气式等铅酸蓄电池不可比拟的优点。一经问世，便得到了迅速的发展。

（1）阀控密封式铅酸蓄电池的工作机理

阀控密封式铅酸蓄电池采用负极活性物质过量设计，电解液吸附在AGM隔板或胶体电解质的微孔中。在电池充电后期，正极活性物质完全转变为二氧化铅，负极还未达到完全充电状态，活性物质转变为海绵状铅的过程还未结束，正极产生的氧气通过隔板或胶体孔隙迅速扩散到负极，在负极表面与负极活性物质——海绵状铅发生化学反应生成氧化铅（PbO）；PbO遇到硫酸电解液发生化学反应生成硫酸铅（PbSO4）和水（H2O）；PbSO4再充电而转变为海绵状铅和水，生成的水又回到电解液中，如此循环。由于负极吸收正极生成的氧气使负极处于去极化状态，抑制了负极上氢气的产生，从而实现水的无损耗内部循环和电池密封的目的。

阀控密封式铅酸蓄电池实现密封的电化学反应机理见下图所示：

图表：阀控密封式铅酸蓄电池电化学反应机理

数据来源：公开资料整理

（2）阀控密封式铅酸蓄电池的结构

阀控密封式铅酸蓄电池的主要部件是正负极板、电解液、隔板、电池壳体，以及一些零件如安全阀、极柱、端柱、接线端子等。其结构见下图所示：

图表：阀控密封式铅酸蓄电池结构

数据来源：公开资料整理

（3）阀控密封式铅酸蓄电池综合性能不断提高

回顾铅酸蓄电池150多年的发展历史，技术进步和综合性能提升是铅酸蓄电池能够持续发展的动力，是铅酸蓄电池在与其他二次电池的竞争中生存和不断发展的重要因素。阀控密封式铅酸蓄电池实现了铅酸蓄电池革命性的技术突破，相比开口式铅酸蓄电池，其主要特点为：

1）在电池整个使用寿命期间，无需进行添加水和调整酸密度等维护工作；

2）无酸雾、不腐蚀设备；

3）自放电小，25℃下自放电率小于2%（每月）；

4）结构紧凑，密封良好，抗震动，比能量高；

5）电池的高低温性能较好，可以-40℃—+60℃范围内使用；

6）不存在镉镍电池的“记忆效应”（指浅循环工作时容量损失）。

（2）阀控密封蓄电池技术风险

阀控密封铅酸蓄电池解决了传统铅酸蓄电池排放酸雾从而污染环境的致命缺点，其免维护、绿色环保的特点使其得到了越来越广泛的应用，在使用过程中已不会产生环境污染。从应用环节来看，阀控密封电池的应用对象均为重要领域和环保型产业如通信行业、可再生能源系统、电动汽车、电力系统等，是一种绿色电池产品。不过，随着国家环保政策法规的逐步完善、环保要求的不断提高、监管力度的加大，将促使铅酸蓄电池生产企业环保支出增加，持续改进环保技术和环保设备水平，这将对行业造成一定的风险。

3、胶体电池技术介绍

（1）管式正极板胶体电池技术介绍

广义而言，管式胶体电池与常规铅酸电池的区别不仅仅在于电液改为胶凝状。例如非凝固态的水性胶体，从电化学分类结构和特性看同属胶体电池。又如在板栅中结附高分子材料，俗称陶瓷板栅，亦可视作胶体电池的应用特色。近期已有实验室在极板配方中添加一种靶向偶联剂，大大提高了极板活性物质的反应利用率，据非公开资料表明可达到70wh/kg的重量比能量水平，这些都是现阶段工业实践及有待工业化的胶体电池的应用范例。

管式胶体电池与常规铅酸电池的区别，从最初理解的电解质胶凝，进一步发展至电解质基础结构的电化学特性研究，以及在板栅和活性物质中的应用推广。其最重要的特点为：用较小的工业代价，沿已有150年历史的铅酸电池工业路子制造出更优质的电池，其放电曲线平直，拐点高，比能量特别是比功率要比常规铅酸电池大20%以上，寿命一般也比常规铅酸电池长一倍左右，高温及低温特性要好得多。

管式胶体技术优点

1.自放电极低，采用优质材料制造，月自放电率≤1.5%

2.采用胶体电解质，热容量大，耐热性能好，适合恶劣环境下使用(-40~60℃)

3.循环性能和深放电恢复能力优越

4.无需补水维护，气体复合效率高于95%

5.使用寿命长，浮充设计寿命20年，正常浮充使用过程中，容量稳定，衰减率低

6.密封性能极好、无气体渗透，不污染环境，属环保型产品

7.安全性能优异，专用隔板，孔率高，电阻低

8.低内阻的铜制极柱，确保大电流安全放电而不发热

9.固体凝胶电解质浓度分布均匀，无分层现象

10.产品可靠性高，防火阻燃安全阀有效阻止外部明火或火花

（2）涂膏式胶体电池技术介绍

传统制造铅酸蓄电池极板采用涂膏的方法，即将铅粉按照一定的配方制成具有一定粘性铅膏，搅拌和膏后，采用机械力将其压在板栅上。目前，生产铅蓄电池的生极板仍以涂膏式为主，其制作都要经历固化(含干燥)的过程。涂膏式极板的外观要求极板化成后，首先颜色要正，通常与正常极板比较；电池化成有富液式电池化成和阀控式电池化成两种，化成的原理一样，在细节和控制有一定的差别。电池化成的优点：

1)极板在电池内充电，排出的酸雾较少，减少处理酸雾的赞用，节能减排。

2)因为采用不倒酸工艺，或倒酸后酸液回收使用工艺，无酸液外排；克服了极板化成用稀酸回收的困难，以及直接进废水处理场处理的难题。

3)化成后电池直接出厂，不需要像极板化成那样，需要干燥正极板，防氧化处理及干燥负极板，节省大量的能量。

4)电池带液出厂，电解液质量有保证。

5)电池采用密封式上盖为主，电解液不能随意倒出，使用完后统一回收处理，对保护环境有利。