铅酸蓄电池材料研发动向

现阶段，针对全球日趋严重的环境污染，以美日欧为主的工业先进国家，莫不积极投入大量资金及资源开发电动车辆，然而电动车辆能否商业化成功，关键在动力电源；就目前可供选择的多种电池动力电源中，从性能、价格、技术成熟度、额定电压（铅酸蓄电池为2V、镍镉/镍氢/镍铁电池等为1.2V、锂离子/锂高分子电池为3.6V）等多项因素综合考虑结果，以铅酸蓄电池最实用，但作为电动车辆动力电源，电池必须具有高能量密度及长循环使用寿命两大特点，而此又为现阶段铅酸蓄电池存在的主要课题，故各国莫不持续投入大量研发工作，试图从铅酸蓄电池的材料、结构、制造方法等方面着手，期待铅酸蓄电池在能量密度及循环使用寿命方面，能有突破性重大改善，以因应目前交通/运输、通讯、能源/备用电源等领域的需求。

第一节 电解液添加剂

基于使用电解液添加剂，具有可以不必改变电池制程、附加成本低、效果佳等优点，且一般而言，电解液中若加入适当种类及含量的添加剂，不仅不会引起电池电容量及放电性能恶化，更能提高电池低温特性及电容量，故长久以来各国均积极研制各种类型添加剂，作为提高电池性能、延长电池循环使用寿命的主要途径之一。

目前常被使用作为铅酸蓄电池电解液的添加剂，主要计有碱金属或碱土金属盐类（可以显著提高电池电容量的恢复能力及充电接受能力、抑制PCL现象的发生等；例如Li+、Na+、K+、Mg+、Ca2+及其它相应的硫酸盐等）、Al3+、ClO4—、Sn2+、Cd2+、Co2+、H3PO4及其它无机离子或无机盐等；其中Na2SO4、MgSO4、SnSO4、CoSO4、（NH4）2SO4、H3PO4、（NH4）2Cr4O7、C8F14SO3NH4等，均是当前投入较多研究资源的添加剂种类。

此外，以碳素悬浮液作为铅酸蓄电池电解液的添加剂，是新近的研究开发方向；此碳素悬浮液是以水溶液（包括纯水、稀硫酸水溶液、或其它添加了对铅酸蓄电池无不良影响之少量电解质的水溶液）作为电解液，碳素材料为阳极，在水溶液中外加直流电压并慢慢增大电流，当达到某电流值时，阳极周围析出雾状碳素粉末，并悬浮在水溶液中呈胶状悬浮液；当电解液添加碳素悬浮液作为添加剂时，电解液呈现黑浊状态，正负极板间虽有短路的顾虑存在，然而实际的情状是当外加电压（充电）时，悬浮的碳素粉末会被正极板吸引而电沈积，电解液回复成原来的澄清透明状态，故并无短路之虞，反之，当外加电压（充电）时，若碳素粉末无法被吸附在正极板上（电解液无法由黑浊状态回复为澄清透明状态），即表示该铅酸蓄电池已严重失效、无法再充电使用时。

第二节 有效抑制电解液减少的添加剂

当铅酸蓄电池的正极栅板使用铅-锑合金而不是使用铅-钙合金时，电池的电解液会有显著减少的现象，探讨其主要原因在于正极栅板若采用铅-锑合金，则充电时锑会由正极栅板溶解到电解液中形成锑离子，并移动到负极栅板在负极活性物质上析出，使得负极栅板的氢过电压降低，促进氢气发生并造成电解水分损失，为此，常在电解液中添加香草醛等醛基酚类有机物，促使锑在负极栅板被醛基吸附，有效抑制电解水分损失。然而值得一提的是，随着蓄电池长期使用（充放电次数增加），醛基酚类有机物抑制电解水分损失的效果将会下降，而铅酸蓄电池的充放电效率亦因负极栅板吸附大量醛基酚类有机物而降低。

第三节 负极添加剂

铅酸蓄电池于低温下普遍有充电接受力/效率低的缺点，而铅酸蓄电池的低温性能主要决定于负极，因此，针对负极添加剂（例如碳黑、木素、木素纤维素、BaSO4等）方面的研发，显得相当活络；另生产负极板时常使用的抗氧化剂为松香、1，2酸、没食子酸等，但此些抗氧化剂普遍存有一些缺点，故以油类（价格便宜、无毒、符合环保要求）作为抗氧化剂的研究亦不少，据文献显示，使用合成油时，电池的抗氧化效果较没食子酸佳，且充电性能大幅提高。此外，已有文献报导显示，铅酸蓄电池栅板合金中若添加0.02%的铋，可有效提高铅酸蓄电池电容量，充电接受能力及循环寿命等性能。

第四节 正极添加剂

近年来正极添加剂方面的研究，主要有4大方向，分别为（1）提高活性物质的孔率及导电性；（2）提高铅膏的存水能力及稳定性；（3）改变二氧化铅的结晶型态；（4）加强质子H+的传导。

（1）提高活性物质的孔率及导电性：相关研究方向，包括在铅酸蓄电池正极活性物质中添加碳黑、石墨、乙炔黑、CMC、钠盐、钾盐、锂盐、MgSO4、CaSO4、SnO、Bi2O3、SnO和Bi2O3的混和物等，以提高活性物质的孔率及导电性。

（2）提高铅膏的存水能力及稳定性：相关研究包括添加CMC和碳黑以增加铅膏的存水能力，及添加纤维使活性物质的机械性能稳定，有效提高了铅酸蓄电池循环寿命等性能。

（3）改变二氧化铅的结晶型态：研究方向包括使用复合添加剂促进-PbO2和活性物质的微细化，除了能使正极电容量提高外，更有利于活性物质和电极栅板的结合定，有效提高了铅酸蓄电池循环使用寿命等性能。相关方法为将Pb3O4和铅混合、高温固化后得到的4PbO-PbSO4膏制成正极栅板，结果活性物质中的-PbO2含量显著增加；或使用适量的氟塑料、纤维素盐和乙炔黑来改变/-PbO2的比例。

（4）加强质子H+的传导：鉴于涂膏式铅酸蓄电池正极的放电速度，决定于活性物质微孔中的H+扩散条件，促进微孔中的H+浓度迅速达到平衡，可显著提高铅酸蓄电池正极的放电容量；为此，研究方向包括使用RSO3H、BD等作为正极活性物质添加剂，可有效提高电池电容量及正极活性物质利用率。

第五节 降低高温浮充电流值的添加剂