電動車電摩用閥控密封鉛蓄電池制造使用芻論

www.guilinhy.com 來源：電動車商情　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-12-4

具有中國特色的電動自行車和電動摩托車閥控密封鉛蓄電池由于頻繁的較大電流的循環濫用，并要求高性能長壽命。因此，對極板的制造提出了更高的性能和壽命要求，應如何達到這一要求，作者提出一些看法和措施。關于電池注液量與電池初期循環容量和電池壽命的關系；關于電池配套用三段式充電器的充電電壓和轉燈電流的設定；關于電池循環使用過程中電池的失水及其與使用鉛粉的關系。作者從理論上和以實驗數據為依托提出一些新的見解和處置辦法，認定優良電池必須要與性能良好的充電器相配套作循環使用方能顯現電池的優良特性。關鍵詞：濫用、軟化、干涸、配套用充電器。 1、緒言目前，具有中國特色的電動自行車和電動摩托車電池正處于加速和飛速發展的階段，所用的電池幾乎清一色屬于閥控密封鉛蓄電池，最主要產品有2種：12V12AH、12V20AH。電動車用蓄電池由于其頻繁的大充大放循環使用，以及配用市售的形形色色的性能和質量差異較大的充電器，又要求電池具有一年以上的性態良好的壽命。因此，電動車用的密封蓄電池要比電信、電力、UPS、照明等用途的蓄電池具有更高更苛刻的要求：電池大電流放電性能要高，低電壓恒壓充電接受能力要好，頻繁的全充全放正極活性物不易軟化衰退，負極活性物不易硫化失效，深度放電后以配套的小充電器充電可使容量100%恢復，濫用充/放電不會使電池失水過多而干涸，電池要經得起劇烈顛震等。所以，電動車用蓄電池所用的極板并非普通密封電池所用的極板所能勝任，而是要求采用特殊的配方，特別的極板制造工藝，并經200次以上的100% DOD放電證明性能高、壽命持久的極板方適宜用來制造電動車蓄電池。一個性能優秀的電動車用蓄電池，不僅要使用特性優異的極板來制造，而且與電池使用的隔板、電解液比重和添加劑、極組焊接的牢固性、單格之間連接的可靠性、電池極柱和殼蓋(Guy)密封持久性、極組焊入槽的松緊度、良好的初充電以及包裝出廠之前極板隔板中電液適當的飽和度等密切相關。對一個電動車用的電池組來說，其性能還與該組中各個電池容量的均一性和所配用的充電器的性能是否良好緊密相連。一組電池本身的性能是良好的，但如果配用的充電器總是充電不足或總是過充電者，則電池組在行車的過程中絕不可能顯現其優良的放電特性和長久的壽命。所以一個性能好的電池組務必要配用一個性能良好的充電器，這是十分重要和十分關鍵的。 2、關于電動車用蓄電池的極板制造電動車使用電池的特點是全充全放，放電電流較大（常為2小時率放電電流），而且大多數的用戶是天天使用天天充電，在充/放深度方面，有的每天只騎車5～6公里，卻天天充電；而有的騎車至放電終止電壓，車子自動斷電之后，讓電池休息一會兒，又再利用電池電力騎車至自動斷電，反復多次……總的來說電動車電池在用戶中處于濫用狀態。因此，電動車電池對極板的特性要求是電池在頻繁深充放和濫用的條件下要有特別高的電氣性能和持久的壽命。 2.1、板柵合金為了提高電池深放電之后容量恢復的能力，近幾年國內有的廠家使用含Sb含Cd約1.7%的Pb-Sb-Cd合金制造正板柵，但金屬Cd是對人體危害極大的金屬，也十分不利于環保，而且合金中含用Sb對電池的保水能力和自放電也有不良影響，因此，Pb-Sb-Cd合金用于正板柵制造將隨人們環保意識的增強而逐步被淘汰。實際上，許多廠家發現高Sn含量的Pb-Ca-Sn-Al合金，用于正板柵也具有電池深放電之后容易使電池容量復原的功能，并且耐腐性也很良好。所以國內許多廠家以含Sn量達1.4～1.5%的Pb-Ca-Sn-Al合金作為正板柵合金，而負板柵合金只使用普通Pb-Ca合金即可。 2.2、板柵設計最主要的要考慮兩點：一是要有利于電池較大放電率放電；二是要有利于減緩正極活性物頻繁充/放過程的軟化衰退。為此，較合理的設計應是：①縱筋的數量要相對增加，比如12AH和20AH電池的板柵豎筋或斜筋可分別設計3條和5條。②單格中裝入的極片數，適當多些為好，比如12AH電池單格裝入7+/8-比單格裝入6+/7-會使電池充電和放電的性能更佳。③與一般蓄電池相比，電動車蓄電池正板柵的厚度與負板柵的厚度之比要更大一些，這樣可相對延緩正極活性物的軟化衰退，延長電池壽命。 2.3、鉛膏制造 2.3.1、鉛膏的原料在鉛膏的配方中，80%以上是鉛粉，其氧化度，視比重，雜質含量是三個最主要的指標。人們往往注意了前兩項指標的重要性，而忽視了雜質含量對電池的惡劣影響——電池自放電和電池失水量可能會數倍地增加。最常見的有害雜質是Fe、Sb、As、Cu，要求每種雜質元素的含量都應在0.001%以下，否則后果嚴重。其他添加劑和硫酸、水等，分析其純度比分析其含量更為重要，因為電動車蓄電池屬于閥控密封電池，貧液又不能補水，充好電出了廠又不知道何年何月才會交到用戶手中使用。不失水或少失水，自放電極少，可說是此類電池的生命。制造鉛膏的各種原料應力求純之又純。 2.3.2、鉛膏配方這是關系極板性能優劣的關鍵一環，各個生產廠自有一套，也是各廠的秘密。對配方的總體要求是：制備鉛膏要方便可控，利于涂片，極板化成后電氣性能高，充電接受能力好，自放電小，正負極活性物經久耐用。為達此目的，通常在正膏中添加少量的石墨、碳黑、Sn、Mg、Ca、Al、Na、Co的硫酸鹽或氧化物，沸石粉，硅膠粉，空心玻璃微球等成孔劑和導電劑來提高極板的電氣性能。與此同時，在正膏中添加短纖維，聚四氟乙烯乳液，CMC，磷酸，SiO2等粘結劑來提高正極活性物的機械強度并減緩軟化衰退。負極鉛膏的添加劑比較復雜多樣，其主要作用是防止負極活性物在充/放過程中收縮、硬化而失效；此外，兼有提高電池低溫放電性能，減少電池自放電，提高負極充電接受能力，防止負極活性鉛在生產和儲存過程中氧化等功能。負極添加劑中，BaSO4是必不可少者，且在動力型電池中有逐步增大其用量的趨勢。其余負極添加劑多為有機物，如木素、腐植酸、硬脂酸、羊毛脂、松香等。實驗證明，負板的有機物添加劑在電池使用過程中有逐漸溶出減少的趨向，致使負極活性物在電池壽命的中后期趨于收縮板結而硫化降低了電池容量。為了提高電動車蓄電池的充電接受能力和提高電池壽命，經實驗證明，可在負板添加劑中用增加BaSO4含量（如1%）和導電碳黑的含量（如0.5%）并相應少用有機添加物的辦法來達到目的。 2.3.3、和膏溫度及鉛膏比重控制為了提高電池的初期容量性能，以往在和制鉛膏時一般控制膏溫不超過 60℃，目的是要鉛膏中多生成3PbO·PbSO4·H2O，然后化成極板多形成βPbO2而提高電池的初期容量。在頻繁充/放的電動車電池使用中發現，低溫和膏以及低比重鉛膏做的極板，電池雖然有很好的初期容量，但電池的容量衰減較快，解剖電池發現主要原因是正極活性物軟化衰退所致。而使用高溫70～75℃和膏并使正膏的比重達到4.1以上做出的極板電池初期容量雖然略低些，但初期充/放電池容量會逐步上升較長一段時間，中后期容量衰減很慢，電池的壽命明顯延長。原因是高溫和膏生在4PbO、PbSO4、的比例高，化成后形成αPbO2成數高，加上高比重鉛膏生成的活性物比較牢固，因此極板的機械強度好，正極的PbO2不易軟化，容量衰減較慢。 2.4、生極板的固化——干燥條件控制生極板固化以往常在35℃中等濕度下進行，使鉛膏固化后多生成3PbO·PbSO4·H2O，電池具有良好的初期容量。現代的研究和實踐證明高溫70～80℃，相對濕度90%以上固化40小時以上，然后干燥的生極板不但機械強度高，而且電池的初容量有逐步上升并持久不衰的良好表現，電池壽命明顯增長。原因正如上所述是高溫高濕條件下固化形成4PbO·PbSO4的比例較高所致。 2.5、極板化成極板化成主要質量要求是表觀成色一致，正極板PbO2含量要達85%以上，而且極板活性物要有良好的機械強度。對于高溫和膏和高溫固化制得的生極板而言，由于4PbO·PbSO4含量高，化成的充電量相對要高一些，否則化成不充分，PbO2含量不足。對于厚度2mm～3mm的正極板，其充電量一般要達到極板自身容量的6～8倍，否則PbO2含量偏低。實驗表明，正極PbO2偏低的極板做的電池初次容量偏低，對使用配套充電器充電的電動車電池來說，因每次充電的過充量很小，初次容量偏低的電池其容量會很難上升甚至不能上升，電池充放容量長期處于低微狀態。而PbO2含量達85%以上正極板做的12V12AH電動車電池首次5A放電至1.05V即可達到145分鐘以上，并可多次充/放維持這一水平。為了使正極板化成一致性良好，應推薦正極板采用焊接化成（負板可不焊接）。要使正板PbO2含量達85%以上，除了充電量要足夠之外，化成電液比重和化成槽溫也很重要，電液比重采用1.05～1.06g/cm3,槽溫30～50℃比較適宜（如果電液比重太低，槽溫較低PbO2含量難達標）。如果各種措施都上了，PbO2含量還未達標，那么在充電中后期加一次深度60～80%的放電，然后再充足電，是比較奏效的。 (未完待續)