铅酸蓄电池是一种常见的可充电化学电池。在电池结构中，正极材料为二氧化铅（PbO2）、负极材料为海绵状铅（Pb），并灌注30%左右的硫酸溶液H2SO4作为电解液。电池在充放电的过程中，内部将发生以下化学反应：

        在铅酸蓄电池中，正极板主体由铅钙合金制成，并在表面涂覆锡石结构的二氧化铅；负极板主体由体心立方结构铅（BCC）制成，并在表面涂覆海绵状的面心立方结构铅（FCC）。电极板主体并不参与化学反应，主要提供机械强度支撑和电流传导作用；电极板表面涂覆的物质称为活性物质，拥有较大的比表面积，参与电池中的化学反应，并在化学反应中不断溶解或生成。其中正极和负极将分别发生氧化还原反应：

        在放电的过程中，两个极板都会生成硫酸铅，而硫酸铅是一种难溶性物质。若铅酸蓄电池被大电流放电、深度放电、长时间亏电（特别是长时间静置时因自放电导致的深度亏电），极板上将会形成粗大颗粒的硫酸铅，这类硫酸铅在充电时将难以重新还原，导致铅酸蓄电池因不可逆硫化而容量损失甚至失效。

        另一类铅酸蓄电池的失效模式为正极板软化，正极板中的二氧化铅存在两种晶体结构：α-PbO2和β-PbO2。其中α-PbO2主要作为极板结构支撑，β-PbO2主要作为反应活性材料，在电池放电时进行消耗。然而在电池充电时，只能重新生成β-PbO2。这意味着消耗的α-PbO2无法还原，只能越用越少。当α-PbO2少至一定程度时，正极板结构被破坏，从而导致铅酸蓄电池失效。

        因此铅酸蓄电池的最佳电量范围为100%，宜时刻保持满电状态，不宜长时间未满电，切勿亏电。铅酸蓄电池没有记忆效应（或者弱记忆效应），在日常使用的过程中，不宜将铅酸蓄电池电量完全耗尽，电池电量剩余25%甚至50%就应重新开始充电。亏电一次，电池明显折寿。

        若铅酸蓄电池长时间不使用，应将其与负载完全断开，并视储存环境温度每3--6个月补充电一次。

        铅酸蓄电池的单格标称电压为2V，6个单格串联得到标称12V电压的电池。一个或多个电池串联得到12V、24V、36V、48V、60V等标称电压的电池组。

        下表列出铅酸蓄电池单格的几个关键电压：

        下表列出铅酸蓄电池/组的几个关键电压：

        对一些电压名称的解释：

亏电电压：铅酸蓄电池在正常使用中能连续放电至最低的放电电压，此为电压下限不可再放，电池中的活性物质已经完全耗尽。继续使用电池将过放电，导致电池不可逆硫化和报废。

放电终止：铅酸蓄电池在低倍率放电或者高倍率放电后开路静置达到的电压，意味着电池电量耗尽或即将耗尽，需要终止放电并及时进行充电。

满电电压：铅酸蓄电池在充电完成后开路静置达到的电压，意味着电池电量基本处于满电状态。电池在进行放电时，将稳定在此电压下，进入稳定放电阶段。

浮充电压：铅酸蓄电池进行浮充充电时可24小时不间断施加的充电电压，在此电压下电池只会消耗非常小的电流并持续保持100%的电量。

循环充电：铅酸蓄电池进行循环充电时可短时间施加的充电电压，在此电压下电池将消耗较大的电流并快速充电。

析氧电压：铅酸蓄电池的充电电压达到此值后，电池内的正极极板上将开始析出氧气（O2）。对于富液式铅酸蓄电池，电解液将会发生损失导致失水；对于阀控式免维护铅酸蓄电池，其内部存在氧循环机制，氧气扩散至负极后被重新还原成水，保证电解液不会流失，但在此过程中将释放化学能，导致电池温度上升。

析氢电压：铅酸蓄电池的充电电压达到此值后，电池内的负极极板上将开始析出氢气（H2）。由于氢气无法像氧气那样可以在正极被重新氧化成水，电解液将不可逆流失。同时析出的氢气在电池内部积聚，导致电池内部压力过大，引起电池鼓包、破裂，甚至爆炸。因此充电电压严禁高于析氢电压。

        由于不同铅酸蓄电池的容量并不一样，因此无法给出所有铅酸蓄电池所允许的充电、放电电流。容量越大的电池所允许的电流越大，所以一般使用放电倍率来衡量铅酸蓄电池所允许的充电、放电电流。

        电池的容量为C，单位：安时(Ah)。例如一个12V,9Ah的铅酸蓄电池，其容量C = 9Ah，理论上以1A的电流可以持续释放9小时，或者以9A的电流持续释放1小时，或者其它的电流时间组合，但电流×时间总为9。对于前者，其放电倍率为0.1C；对于后者，其放电倍率为1.0C。

        下表列出铅酸蓄电池的充电、放电电流：

        对一些电流名称的解释：

慢速充电：铅酸蓄电池最佳的充电电流，可以保证充分的化学反应，将储能和电池寿命最大化。缺点是充电时间过长，预计要10小时以上。

快速充电：铅酸蓄电池充电电流的上限，虽然可以拥有较短的充电时间，但不能保证充分的化学反应，存在充电过程电池温度偏高、电解液损耗、硫化无法去除、电池寿命降低等问题。

短时放电：铅酸蓄电池以1.0C倍率放电时，电池内极化严重，生成的硫酸铅颗粒较大，端电压下降速度比理论快，实际上无法释放出全部的电池容量，需要降额使用。

极限放电：铅酸蓄电池仅在一些特殊应用中会以10C倍率放电（如汽车发动机点火），其所能维持的放电时间极短。若持续放电将会导致电池内部过热并迅速损坏电池。

        本文中的数据由作者经过多方收集以及网友的经验传授汇总而得，可能存在不准确之处，若有误望请指正。

        参考资料：

[1]: 铅酸电池失效原因, https://zhuanlan.zhihu.com/p/163337776;

[2]: 铅酸蓄电池的特性, https://www.zhihu.com/tardis/zm/art/414424193;

[3]: 12V铅酸充电电压最高是多少？, https://www.zhihu.com/question/456459008;

[4]: 铅酸蓄电池充放电特性与维护.ppt, https://max.book118.com/html/2018/1107/6205011040001230.shtm;

[5]: 请问铅酸蓄电池的持续最大放电倍率是多少？, https://zhidao.baidu.com/question/390731350851548965.html;

[6]: 阀控密封式铅酸蓄电池说明书;

[7]: ChatGPT-3.5;

        注：请勿过度相信ChatGPT-3.5所提供的数值，其数值偏移较大。

by HD-nuke8800

2023/07/25