閥控式密封鉛蓄電池

www.guilinhy.com 來源：電動車商情網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-5-7 1

目前，業內人士幾乎公認，閥控式密封鉛蓄電池因價格低廉、技術成熟、使用安全等優點近期內將是電動自行車用蓄電池比較現實的選擇，其技術水平，尤其是壽命對電動自行車的發展起決定性的關鍵作用。在動力用鉛蓄電池中，設計者往往遇到在充放電條件下，高比能量與電池壽命之間互相抵觸的問題。若在設計中采用提高比能量的措施，則對循環壽命不利。設計者必須在比能量和壽命之間選擇最佳的折衷方案。諸多因素影響著蓄電池的壽命和比能量。對于不同的設計、制造工藝和使用條件，最終失敗的原因可能很不相同，所以必須有針對性地進行改進，方能收效。工作重點是對電池結構、板柵合金的鉛膏配方進行研究改進，由天津大學委托某制造廠按要求提供試驗電池，由河北科技大學電子技術研究所進行壽命檢測。經近兩年合作，現在電池性能已基本滿足要求，且已小批量投產。實驗與結果：研究工作分４個階段進行，全部用12V-10Ah閥控式密封鉛蓄電池。第1階段：具有初步篩選性質，專門制作了10只試驗電池，分1型和2型：1型電池結構沿用原來12V-10Ah摩托車用閥控式密封鉛蓄電池，外形尺寸為150mm×97mm×95mm，電池質量4.2kg，板柵合金為Pb-Ca體系，其中： 1型A為空白2只，1型Ｂ為正極加石墨 0.5% 2只，1型C 為正極加石墨1.0% 2只，1型D與空白間，但電解液中加有天津大學自制的添加劑2只。 2型電池2只，電池結構和板柵合金與１型完全不同。循環壽命按以5A放電1.5ｈ恒壓14.4V限流2.4A充電5h為一個循環，一直連續循環，直至終止電壓低于10.5V，連續3次，確認壽命終止。１型電池A-C在不同電流下（0.5A、1A、2A、5A）放電所容量，不同配方差異不大。2型電池未進行測試。壽命測試結果為：１型電池A、B、C循環壽命為150-160次，石墨含量影響不大，Ｄ電池2只，循環壽命分別為216次和296次。2型電池中，一只循環294次，另一只循環442次。第2階段：具有驗證性質，根據第1階段檢測目前，業內人士幾乎公認，閥控式密封鉛蓄電池因價格低廉、技術成熟、使用安全等優點近期內將是電動自行車用蓄電池比較現實的選擇，其技術水平，尤其是壽命對電動自行車的發展起決定性的關鍵作用。在動力用鉛蓄電池中，設計者往往遇到在充放電條件下，高比能量與電池壽命之間互相抵觸的問題。若在設計中采用提高比能量的措施，則對循環壽命不利。設計者必須在比能量和壽命之間選擇最佳的折衷方案。諸多因素影響著蓄電池的壽命和比能量。對于不同的設計、制造工藝和使用條件，最終失敗的原因可能很不相同，所以必須有針對性地進行改進，方能收效。工作重點是對電池結構、板柵合金的鉛膏配方進行研究改進，由天津大學委托某制造廠按要求提供試驗電池，由河北科技大學電子技術研究所進行壽命檢測。經近兩年合作，現在電池性能已基本滿足要求，且已小批量投產。實驗與結果：研究工作分４個階段進行，全部用12V-10Ah閥控式密封鉛蓄電池。第1階段：具有初步篩選性質，專門制作了10只試驗電池，分1型和2型：1型電池結構沿用原來12V-10Ah摩托車用閥控式密封鉛蓄電池，外形尺寸為150mm×97mm×95mm，電池質量4.2kg，板柵合金為Pb-Ca體系，其中： 1型A為空白2只，1型Ｂ為正極加石墨 0.5% 2只，1型C 為正極加石墨1.0% 2只，1型D與空白間，但電解液中加有天津大學自制的添加劑2只。 2型電池2只，電池結構和板柵合金與１型完全不同。循環壽命按以5A放電1.5ｈ恒壓14.4V限流2.4A充電5h為一個循環，一直連續循環，直至終止電壓低于10.5V，連續3次，確認壽命終止。１型電池A-C在不同電流下（0.5A、1A、2A、5A）放電所容量，不同配方差異不大。2型電池未進行測試。壽命測試結果為：１型電池A、B、C循環壽命為150-160次，石墨含量影響不大，Ｄ電池2只，循環壽命分別為216次和296次。2型電池中，一只循環294次，另一只循環442次。第2階段：具有驗證性質，根據第1階段檢測結果，決定按2型電池結構和配方再制作100只電池，其中4只加有自制的電解液添加劑，電池質量為3.9kg-3.95kg。電池壽命試驗按3種制度進行：（1）放電深度100%，即以5A電流放電至10.5V，記錄放電時間，然后限流充電8h為一個循環，直至放電時間為60min，認為壽命終止。（2）放電深度75%，即以5A放電1.5h，恒壓14.4V限流2.4A充電5h為一個循環，檢測7只電池，當先后循環至60-100次時，發現電池充電不足，進而改為限流3A充電5h，循環數為250-260次，未發現循環次數超過400多次者，電解液添加劑檢測有誤，辨認不清。（3）放電深度55%，按上海技術監督局標準進行檢測，用4只電池進行試驗，其中1只在844次壽命終止，其余3只平均壽命913次尚有8Ah容量。第3階段：從第2階段的100只電池檢測看，容量、壽命均較第１階段普遍提高，但循環壽命未出現達到400次者，故在電池結構不變的基礎上，調整正、負極厚度、改進工藝，又加工100只電池。對失效電池進行了如下附加檢測：（1）單體電池性能均勻性檢測。將整體電池在偏極柱連續處打孔，測量在放電過程中，各單體電池電壓下降情況，發現在5A放電時有一單體電池大約提前10min電池電壓降到10.5V，然后很快反極，整體電池電壓迅速下降；（2）在注酸口插入鎘電池測量正、負極電極電勢的變化，發現負極電極電勢變正迅速，解剖該單體電池，取出正、負極與新極板組成單體電池，測其容量，結果失效電池負極容量多約30%，表明失效電池為負極控制，容量低于正極30%。（3）解剖75%深度放電經375次循環后的失效電池，觀察正極活性物質和板柵，發現板柵基本完整還可以繼續工作，正極活性物質在極板上部有輕微軟化。第4階段：從第3階段對2型電池的各種檢測中，得出幾看法：（1）從I-C放電曲線看出，小電流放電時2型改進電池的放電曲線3不及未改進的曲線2，表明酸量不足，應設法增加酸量；（2）負極控制容量和壽命，應改進負極，則可提高容量和壽命，故第4階段的電池又進行了電池改型，增大電極有效面積，稱為3型，改進負極使之與正極同步或相差不多，這樣就可提高電池的容量和壽命，此外，還須加強極板生產中均勻性的控制。 3型電池的I-C曲線。循環壽命正在檢測中，有用戶買了3型電池送天地集團，按天地集團的檢測方法進行壽命檢測，在循環183次時尚有剩余容量，檢測還在繼續進行。 3型蓄電池做為初步定型產品，已經小批量投產600-700只試用。結果與討論：（1）所制的蓄電池為負極硬化、收縮導致電池失效。這是由于最初在設計時，認為在電動自行車使用條件下，正極板活性物質的軟化、脫落可能是限制電池壽命的主要原因，而忽視了在密封電池中，由于O2的復合，負極處在經常有一小部分Pb-SO4存在的條件下工作，如果設計時正、負極板活性物質量的比例、負極使用的膨脹劑的品種及數量不適宜，就可能導致負極首先失效。但是在相同電池結構、相同極板尺寸條件下，也可能出現正極失效，即正極活性物質軟化，這取決于正板使用的板柵合金。曾對兩廠家的電動自行車充電進行過了解，似乎板柵合金的腐蝕不是主要原因。（2）對研制的蓄電池以1A放電(0.1C)時，可獲得平均容量13.7Ah，電池重量取4.1kg，計算得12×13.7/4.1＝40Wh/kg的比能量，較1型結構的31.7Wh/kg提高很多，而壽命也由150-160次提高到平均423次，表明在提高比能量的同時也可以提高壽命，這取決于采取的措施。只要認真對待，投入人力財力，再進一步提高也仍然可能。河南開封雙飛電源設備有限公司曾報道，將比能量提高到50Wg/kg，循環壽命500次。只可惜將研究成果投入生產者多，而投入力量去取得研究成果者少，因此，可能這正是研究很少有所突破的原因。（3）所研制的1型電池，按上海技術監督局標準進行了檢測，獲得913次循環，尚有8Ah容量。這次檢測不夠規范，未能按每25次循環進行一次容量測量。測一次容量就等于100%放電一次，顯然，這會對循環壽命有不良影響，實際循環壽命會低于913次，但無論如何好要比標準規定的350次要高，比能量也高于該標準中規定的數值，我們認為標準中制標是否合適還需要進行討論。（4）研制中發現充電是否充足也很重要，對不同廠家的電池是否存在最適宜的充電條件和方式，這也需進行探討。總之，電動自行車用閥控式密封鉛蓄電池尚屬新事物，還有許多未被認識的問題和技術難題尚未解決，還需努力，只要付出總會有回報。