動(dòng)力型鉛布卷繞鉛酸蓄電池的研究及制造工藝

1、動(dòng)力型鉛布卷繞鉛酸蓄電池的研究及制造工藝(2008-12-0221:44:52)更標(biāo)簽：雜談針對(duì)目前動(dòng)力型鉛酸蓄電池提出創(chuàng)新，著重介紹12V/10Ah電動(dòng)自行車(chē)用鉛布卷繞鉛酸蓄電池的制造工藝及主要性能。尤其是快速充電性能及大電流放電性能。由于采用新的設(shè)計(jì)使電池有較高的？環(huán)壽命，完全滿足了電動(dòng)自行車(chē)對(duì)電池的性能方面的要求。關(guān)鍵詞：鉛布板柵鉛布卷的繞鉛酸蓄電池快速充電性能大電流放電性鉛布板柵最早由美國(guó)Electrosource公司將其應(yīng)用于動(dòng)力用水平電池的制造中，獲得了成功，在3小時(shí)率放電時(shí)，電池的質(zhì)量比能量可達(dá)40-45Wh/Kg。但水平鉛酸電池的自放電偏大，且使用不當(dāng)容易出現(xiàn)失水問(wèn)題。電動(dòng)自行

2、車(chē)電池自然屬于動(dòng)力電池的范疇，作為動(dòng)力電池，具與普通的汽車(chē)起動(dòng)用SLI電池是有很大區(qū)別的。動(dòng)力電池對(duì)深度放電性能、快速充電性能的要求較高?；谝陨蟿?dòng)力電池的使用特點(diǎn)，電動(dòng)自行車(chē)用鉛酸電池的失效模式主要有以下幾點(diǎn)：1、電池在使用后期嚴(yán)重失水。這是電動(dòng)自行車(chē)電池最常見(jiàn)的失效方式。2、電池的不可逆硫酸鹽化。幾乎所有報(bào)廢電池都有不同程度的不可逆硫酸鹽化。3、正極極板軟化。這主要是由于電池深放電造成的。一個(gè)正常使用的電池，在不失水也不發(fā)生不可逆硫酸鹽化，也沒(méi)有過(guò)放電的情況下，電池的壽命就取決于正極板軟化。4、正極板柵嚴(yán)重腐蝕。這主要是電動(dòng)自行車(chē)鉛酸電池為提高電池容量而故意提高酸液密度造成的。通過(guò)對(duì)電動(dòng)自

3、行車(chē)用鉛布卷繞鉛酸蓄電池的研究，改進(jìn)了板柵合金材料，采用新型電極添加劑，及優(yōu)化電池裝配、化成工藝有效地減少與緩解了上述電池在使用過(guò)程中遇到的問(wèn)題。1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)電池采用鉛布作為板柵，涂膏極板和閥控密封結(jié)構(gòu)。隔板為超細(xì)玻璃纖維隔板，采用電池化成工藝。檢測(cè)儀器：微電腦蓄電池？環(huán)放電測(cè)試儀(張家港)2結(jié)果與討論2.1 鉛布板柵制造鉛布板柵的材料為多元鉛基合金。鉛基合金在低溫高壓下成為近液態(tài)物質(zhì)，此時(shí)由耐高溫的高強(qiáng)度玻璃纖維通過(guò)其中，由噴頭擠出，制成鉛絲。由這種鉛絲編織成鉛布，鉛布再？過(guò)裁剪、加工即成為鉛布板柵。鉛酸蓄電池板柵腐蝕主要發(fā)生在晶界上，并沿著晶界滲透。而鉛布板柵的晶粒細(xì)小、均勻并且晶界？小，很

4、大程度上提高了鉛布板柵的抗腐能力。由于鉛布板柵較一般板柵的耐腐蝕性要強(qiáng)，所以用其所制作的電池的電解液密度可適當(dāng)提高，從而提高電池的容量。鉛布板柵較普通鑄造板柵用鉛量要少，這樣不僅降低了成本，而且在極板厚度不變的情況下還可以提高極板中活性物質(zhì)與板柵的相對(duì)比例，對(duì)于電池整體來(lái)說(shuō)增加了活性物質(zhì)的數(shù)量。蓄電池通過(guò)增加活性物質(zhì)數(shù)量以及由此而儲(chǔ)存的更多電解液進(jìn)一步提高了電池容量。2.2 鉛膏的改進(jìn)由于電動(dòng)自行車(chē)對(duì)電池的深度放電性能、大電流放電性能及電池的？環(huán)壽命有較高的要求，因此必需對(duì)正、負(fù)極活性物質(zhì)添加劑的成分進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于正極板，為了提高其深度放電性能及低溫放電性能，加入對(duì)活性物質(zhì)的體積孔隙率和孔隙結(jié)

5、構(gòu)有影響的導(dǎo)電添加劑，增孔劑。它既可以增加活性物質(zhì)孔率和強(qiáng)度，又可改善電極的導(dǎo)電性能，使電解液即使因低溫變稠仍宜于滲透擴(kuò)散。止匕外，電池深充放電時(shí)正極活性物質(zhì)會(huì)發(fā)生衰變，并伴隨體積膨脹，使活性物質(zhì)之間的結(jié)合力變?nèi)酰瑥亩鴮?dǎo)致活性物質(zhì)軟化脫落。為了延緩此類(lèi)現(xiàn)象的發(fā)生，添加了適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)劑，增強(qiáng)了極板強(qiáng)度，使之？環(huán)壽命有所延長(zhǎng)。負(fù)極板添加劑著重在提高極板表面活性方面，主要使海綿狀鉛的結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，防止收縮，變硬，防止孔率減小和極板龜裂。添加劑中的木素，炭黑，腐殖酸等物質(zhì)的量通過(guò)多次反復(fù)試驗(yàn)確定，實(shí)際效果由于量的變化，組合，會(huì)有很大差異。在使用硫酸鋼時(shí)，按一定的配比同時(shí)加入沉淀硫酸鋼和重晶石型硫酸鋼，能

6、取得更好的效果。2.3 裝配工藝鉛酸蓄電池裝配壓力，對(duì)電池的？環(huán)壽命起著重要的作用。在？環(huán)過(guò)程中，活性物質(zhì)的膨脹脫落是電池壽命提前終結(jié)的？因之一，而采用較高的裝配壓力可有效抑制活性物質(zhì)體積膨脹，保持活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密，防止活性物質(zhì)再？環(huán)過(guò)程中的脫落，從而延長(zhǎng)？環(huán)壽命。同時(shí)，由于重力效應(yīng)可能會(huì)引起垂直面上隔板酸飽和度和酸強(qiáng)度的改變，而較高的裝配壓力有利于隔板中酸液的固定。因?yàn)楦鶕?jù)毛細(xì)上升？理隔板的吸酸高度與隔板的孔徑大小成正比，隔板裝配壓力較高，隔板被壓縮嚴(yán)重，隔板平行方向的孔徑變小，隔板的芯吸高度就高，酸的分布就相對(duì)變得均勻。這樣有利于極板上電流分布的均一，從而有利于電池？環(huán)壽命的延長(zhǎng)。因此，采

7、用較高的裝配壓力是電池具有長(zhǎng)？環(huán)壽命的保證。鉛布卷繞鉛酸蓄電池的電池芯通過(guò)機(jī)械施壓卷繞而成，能保證足夠的裝配壓力。單體電池的電池殼為圓柱形，這種形狀的外殼能承受較方形外殼更大的壓力。借此可以增大電池泄氣閥開(kāi)閥壓力，來(lái)提高電池在充電過(guò)程中的氧？環(huán)的氣體復(fù)合效率，使電池不易失水，從而進(jìn)一步提高電池的？環(huán)壽命。2.4 化成工藝鉛酸電池的化成可分為電池化成（內(nèi)化成）和槽化成（外化成）兩種工藝。槽化成是指生極板裝在化成槽化成，成為具有活性的正負(fù)極板，然后再裝成電池。電池化成是為未化成的極板裝配成電池然后注入電解液化成。由于槽化成需專用的設(shè)備，設(shè)施，工藝復(fù)雜，勞動(dòng)量大，消耗能量高，成本高，并且污染嚴(yán)重，不

8、利于環(huán)保，所以鉛布卷繞鉛酸蓄電池均采用電池化成工藝。電池化成由于工藝簡(jiǎn)單，中間環(huán)節(jié)少，不易引入對(duì)電池不利的雜質(zhì)，所以電池的自放電也較小。同時(shí)由于電池化成時(shí)正極板自動(dòng)膨脹，厚度增加，對(duì)增加電池的裝配壓力也是有幫助的。鉛布卷繞鉛酸蓄電池的化成工藝采取兩次注液的方式。所用電解液為含有一定量NaSO的硫酸溶液。硫酸鈉的存在可以增加電解液中硫酸根離子濃度，延長(zhǎng)電池的使用壽命。化成開(kāi)始前將電解液一次注滿，靜置一小時(shí)后開(kāi)始化成，當(dāng)電池內(nèi)的電解液減少至一定量時(shí)，再加電解液將其注滿；直至化成結(jié)束，將單格內(nèi)多余的電解液抽出，電池密封，電池化成結(jié)束。2.5 電池的充電方式及性能現(xiàn)在的電動(dòng)自行車(chē)用鉛酸電池普遍存在電池

9、的充電接受能力較差，尤其是在大電流快速充電時(shí)易出現(xiàn)問(wèn)題，甚至發(fā)生熱失控現(xiàn)象。鉛布卷繞鉛酸蓄電池在這方面有較大的改進(jìn)。12V10Ah&布卷繞鉛酸蓄電池充電方式采用現(xiàn)在較常用的“三段式”充電：首先對(duì)電池進(jìn)行恒流充電，待電池電壓上升到電壓閥值后轉(zhuǎn)化為第二階段即恒壓充電階段，當(dāng)充電電流減小到某一值后轉(zhuǎn)化為第三階段，即涓流充電。在電池充電的第一階段，即恒流充電階段，國(guó)內(nèi)一般廠家采用的是1.5-3A,這使電池的充電時(shí)間長(zhǎng)達(dá)十小時(shí)以上，對(duì)用戶使用是非常不利的。鉛布卷繞電池由于采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鉛膏配方的改進(jìn)，其恒流充電階段電流值比一般電池大得多。通過(guò)多次試驗(yàn)，綜合各方面因素，恒流階段以5A充電較為

10、理想。以不同電流對(duì)電池進(jìn)行兩小時(shí)快充的數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可以看出隨恒流值的增加，充入的電量逐漸增大，恒流階段持續(xù)的時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，放出電量逐漸增多，而充電效率逐漸降低。通過(guò)上下述實(shí)驗(yàn)，以及綜合考慮大電流充電器的價(jià)格，確定充電恒流階段的恒流值為5A。第二階段為恒壓階段，恒壓階段的恒壓值是非常關(guān)鍵的一個(gè)參數(shù)。如果電壓定得太高會(huì)導(dǎo)致電池密封反應(yīng)效率降低，失水率增加，而且電池的？環(huán)壽命劇減。如果將電壓定得過(guò)低，使充電速度慢，充電不足，長(zhǎng)期充電不足，未轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生不可逆的高阻性鈍化結(jié)塊，使蓄電池容量下降，內(nèi)阻增加，造成蓄電池的損壞。？過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)，并結(jié)合鉛布卷繞電池的特性及電池內(nèi)電解液密度，最終

11、確定恒壓值為14.7V。圖1中虛線代表充電曲線，采用5A恒流充電，之后轉(zhuǎn)入14.7V恒壓充電，恒流充電持續(xù)時(shí)間為93分鐘。實(shí)線為放電曲線，為2小時(shí)率5A放電，持續(xù)時(shí)間為131分鐘，容量為10.92Ah。涓流充電時(shí)的涓流值的確定是較為困難的。因?yàn)樾铍姵爻潆姷慕K止電流是隨電池的使用次數(shù)而變化的。其？因是在充放電過(guò)程中極板雜質(zhì)溶出，沉淀到正極板上，降低了過(guò)電位，使電流增大。同時(shí)電池在使用過(guò)程中，電解液的減少也會(huì)也會(huì)影響終止電流，還有如溫度也會(huì)對(duì)涓流值有影響。綜合考慮各方面因素，涓流值在0.03C2左右時(shí)是較合理的。圖2是12V10Ah鉛布卷繞鉛酸蓄電池充滿電后，以15A電流做大電流放電的曲線，放電5

12、分鐘時(shí)電池電壓為11.454V遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。大電流放電至8.4V,共持續(xù)時(shí)間31分鐘。電池的大電流放電性能對(duì)電動(dòng)車(chē)的負(fù)重啟動(dòng)性能、爬坡性能有直接影響。12V10Ahl&布卷繞鉛酸蓄電池的大電流放電性能優(yōu)于一般同類(lèi)產(chǎn)品，完全可以滿足電動(dòng)自行車(chē)對(duì)電池的要求。圖3是12V10Ah鉛布卷繞鉛酸蓄電池采用5.0A放電1.4h,限壓16.0V、限流1.5,充電5.6h的充放電？環(huán)壽命情況。？過(guò)一系列白改進(jìn)，12V10Ah鉛布卷繞鉛酸蓄電池的？環(huán)壽命達(dá)382次。3結(jié)論鉛布卷繞鉛酸蓄電池通過(guò)其不同于以往鉛酸電池的結(jié)構(gòu)，鉛網(wǎng)板柵新材料的應(yīng)用鉛膏的改進(jìn)及裝配壓力增加、化成制度的完善，使之表現(xiàn)出較為優(yōu)異的性能。首先電池的快速充電性能極佳，其次電池的大電流放電性能較同容量的鉛酸電池要強(qiáng)，再次電池的？環(huán)壽命較長(zhǎng)。？過(guò)長(zhǎng)期的研發(fā)及試制，著重從鉛蓄電池的動(dòng)力性能改進(jìn)提升為著重點(diǎn)，證明了鉛布卷繞免維護(hù)鉛酸蓄電池在各類(lèi)型動(dòng)力場(chǎng)合都有優(yōu)異的動(dòng)力性能。參考文獻(xiàn)：1朱松然.鉛蓄電池技術(shù)M.第2版，北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.189-192.2胡鵬飛，鐘發(fā)平，陳邦華等。電動(dòng)自行車(chē)用鉛布鉛酸蓄電池的研究J。電池，2005,35:57-58。3遲鈍，章輝。鉛布電池在國(guó)內(nèi)的發(fā)展歷程及工藝研究J。電池工業(yè)，2002,7(3):165-168o4周