動力型鉛布卷繞鉛酸蓄電池的研究及制造工藝

1、動力型鉛布卷繞鉛酸蓄電池的研究及制造工藝(2008-12-0221:44:52)更標簽：雜談針對目前動力型鉛酸蓄電池提出創(chuàng)新，著重介紹12V/10Ah電動自行車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。由于采用新的設計使電池有較高的？環(huán)壽命，完全滿足了電動自行車對電池的性能方面的要求。關鍵詞：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Electrosource公司將其應用于動力用水平電池的制造中，獲得了成功，在3小時率放電時，電池的質量比能量可達40-45Wh/Kg。但水平鉛酸電池的自放電偏大，且使用不當容易出現(xiàn)失水問題。電動自行

2、車電池自然屬于動力電池的范疇，作為動力電池，具與普通的汽車起動用SLI電池是有很大區(qū)別的。動力電池對深度放電性能、快速充電性能的要求較高?；谝陨蟿恿﹄姵氐氖褂锰攸c，電動自行車用鉛酸電池的失效模式主要有以下幾點：1、電池在使用后期嚴重失水。這是電動自行車電池最常見的失效方式。2、電池的不可逆硫酸鹽化。幾乎所有報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，也沒有過放電的情況下，電池的壽命就取決于正極板軟化。4、正極板柵嚴重腐蝕。這主要是電動自行車鉛酸電池為提高電池容量而故意提高酸液密度造成的。通過對電動自

3、行車用鉛布卷繞鉛酸蓄電池的研究，改進了板柵合金材料，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程中遇到的問題。1實驗實驗電池采用鉛布作為板柵，涂膏極板和閥控密封結構。隔板為超細玻璃纖維隔板，采用電池化成工藝。檢測儀器：微電腦蓄電池？環(huán)放電測試儀(張家港)2結果與討論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，此時由耐高溫的高強度玻璃纖維通過其中，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，所以用其所制作的電池的電解液密度可適當提高，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與板柵的相對比例，對于電池整體來說增加了活性物質的數(shù)量。蓄電池通過增加活性物質數(shù)量以及由此而儲存的更多電解液進一步提高了電池容量。2.2 鉛膏的改進由于電動自行車對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，因此必需對正、負極活性物質添加劑的成分進行調整。對于正極板，為了提高其深度放電性能及低溫放電性能，加入對活性物質的體積孔隙率和孔隙結

5、構有影響的導電添加劑，增孔劑。它既可以增加活性物質孔率和強度，又可改善電極的導電性能，使電解液即使因低溫變稠仍宜于滲透擴散。止匕外，電池深充放電時正極活性物質會發(fā)生衰變，并伴隨體積膨脹，使活性物質之間的結合力變弱，從而導致活性物質軟化脫落。為了延緩此類現(xiàn)象的發(fā)生，添加了適當?shù)脑鰪妱鰪娏藰O板強度，使之？環(huán)壽命有所延長。負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構保持穩(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，腐殖酸等物質的量通過多次反復試驗確定，實際效果由于量的變化，組合，會有很大差異。在使用硫酸鋼時，按一定的配比同時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，對電池的？環(huán)壽命起著重要的作用。在？環(huán)過程中，活性物質的膨脹脫落是電池壽命提前終結的？因之一，而采用較高的裝配壓力可有效抑制活性物質體積膨脹，保持活性物質結構緊密，防止活性物質再？環(huán)過程中的脫落，從而延長？環(huán)壽命。同時，由于重力效應可能會引起垂直面上隔板酸飽和度和酸強度的改變，而較高的裝配壓力有利于隔板中酸液的固定。因為根據(jù)毛細上升？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。因此，采

7、用較高的裝配壓力是電池具有長？環(huán)壽命的保證。鉛布卷繞鉛酸蓄電池的電池芯通過機械施壓卷繞而成，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閥壓力，來提高電池在充電過程中的氧？環(huán)的氣體復合效率，使電池不易失水，從而進一步提高電池的？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備，設施，工藝復雜，勞動量大，消耗能量高，成本高，并且污染嚴重，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單，中間環(huán)節(jié)少，不易引入對電池不利的雜質，所以電池的自放電也較小。同時由于電池化成時正極板自動膨脹，厚度增加，對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，延長電池的使用壽命。化成開始前將電解液一次注滿，靜置一小時后開始化成，當電池內的電解液減少至一定量時，再加電解液將其注滿；直至化成結束，將單格內多余的電解液抽出，電池密封，電池化成結束。2.5 電池的充電方式及性能現(xiàn)在的電動自行車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易出現(xiàn)問題，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。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：首先對電池進行恒流充電，待電池電壓上升到電壓閥值后轉化為第二階段即恒壓充電階段，當充電電流減小到某一值后轉化為第三階段，即涓流充電。在電池充電的第一階段，即恒流充電階段，國內一般廠家采用的是1.5-3A,這使電池的充電時間長達十小時以上，對用戶使用是非常不利的。鉛布卷繞電池由于采用獨特的結構設計及鉛膏配方的改進，其恒流充電階段電流值比一般電池大得多。通過多次試驗，綜合各方面因素，恒流階段以5A充電較為

10、理想。以不同電流對電池進行兩小時快充的數(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)的時間逐漸延長，放出電量逐漸增多，而充電效率逐漸降低。通過上下述實驗，以及綜合考慮大電流充電器的價格，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鍵的一個參數(shù)。如果電壓定得太高會導致電池密封反應效率降低，失水率增加，而且電池的？環(huán)壽命劇減。如果將電壓定得過低，使充電速度慢，充電不足，長期充電不足，未轉化的活性物質會產生不可逆的高阻性鈍化結塊，使蓄電池容量下降，內阻增加，造成蓄電池的損壞。？過長期試驗，并結合鉛布卷繞電池的特性及電池內電解液密度，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，之后轉入14.7V恒壓充電，恒流充電持續(xù)時間為93分鐘。實線為放電曲線，為2小時率5A放電，持續(xù)時間為131分鐘，容量為10.92Ah。涓流充電時的涓流值的確定是較為困難的。因為蓄電池充電的終止電流是隨電池的使用次數(shù)而變化的。其？因是在充放電過程中極板雜質溶出，沉淀到正極板上，降低了過電位，使電流增大。同時電池在使用過程中，電解液的減少也會也會影響終止電流，還有如溫度也會對涓流值有影響。綜合考慮各方面因素，涓流值在0.03C2左右時是較合理的。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、分鐘時電池電壓為11.454V遠高于國家標準。大電流放電至8.4V,共持續(xù)時間31分鐘。電池的大電流放電性能對電動車的負重啟動性能、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)于一般同類產品，完全可以滿足電動自行車對電池的要求。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。？過一系列白改進，12V10Ah鉛布卷繞鉛酸蓄電池的？環(huán)壽命達382次。3結論鉛布卷繞鉛酸蓄電池通過其不同于以往鉛酸電池的結構，鉛網(wǎng)板柵新材料的應用鉛膏的改進及裝配壓力增加、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，再次電池的？環(huán)壽命較長。？過長期的研發(fā)及試制，著重從鉛蓄電池的動力性能改進提升為著重點，證明了鉛布卷繞免維護鉛酸蓄電池在各類型動力場合都有優(yōu)異的動力性能。參考文獻：1朱松然.鉛蓄電池技術M.第2版，北京:機械工業(yè)出版社,2002.189-192.2胡鵬飛，鐘發(fā)平，陳邦華等。電動自行車用鉛布鉛酸蓄電池的研究J。電池，2005,35:57-58。3遲鈍，章輝。鉛布電池在國內的發(fā)展歷程及工藝研究J。電池工業(yè)，2002,7(3):165-168o4周