| 为了延长电动自行车的使用寿命，做了实验研究：试验电池均采用涂膏式极板，铅膏中含有一定量的FD型复合添加剂和少量高活性磺化导电纤维。正极板栅合金为低钙及含Sn量稍高的Pb-Ca-Sn等五元合金。负极板栅为低Sn的Pb-Ca-Sn-Al合金。通过容量和循环寿命实验证明：通过以上技术使电池的初始比能量达到2h率36.8Wh/kg；在适当限制初始比能量、改进电极板配方及制造工艺的条件下，可将电池深循环延长至700次以上，使电动自行车电池在小于180W电机配套的条件下具有1.5-2年的使用寿命。
1前言
近5年来，电动自行车市场得到了前所未有的发展。然而，几年来发展电动自行车的实践表明，电池寿命仍制约着电动自行车的发展。虽然，在性能价格比、安全可靠性和高、低温性能上，阀控式铅酸蓄电池目前还占有明显优势，使其在近年的电动自行车配套率在95%以上。但由于电池性能的良莠不齐，尤其是深充放循环寿命的不理想，仍极大地影响着电动车市场的发展潜力。通过近几年的努力，本课题组自1995年开始就致力于延长电池的循环寿命的研究，终于使电池的深充放循环寿命得到了显著的延长，从而为电动自行车市场研制出具有更长使用寿命的阀控式电池。
2实验
供试验用的长寿命阀控式铅酸电池为当前电动自行车、电动摩托车上广泛使用的12V10Ah、12V17Ah和12V20Ah3种规格。在上述电池中，根据目前市场最大配套要求，又选定12V10Ah电池作为长寿命电池的研究重点。
试验电池均采用涂膏式极板，铅膏中含有一定量的FD型复合添加剂和少量高活性磺化导电纤维。正极板栅合金为低钙及含Sn量稍高的Pb-Ca-Sn等五元合金，负极板栅为低Sn的Pb-Ca-Sn-Al合金。生极板经槽外化成、洗涤并干燥后，采用AGM隔板装配成12V电池。12V10Ah电池每单格内含有13片极板（其中6片为正极板，7片为负极板）。含不同添加剂的电解液密度约为1.32-1.35g/cm3，电解液中含有少量可有效抑制微晶短路和极板硫酸盐化的添加剂或配制成含此种添加剂的亚胶体形态。加酸后的电池平均重量约4.4kg。12V17Ah电池每单格含有9片极板（其中4片为正极板，5片为负极板）。电解液密度与12V10Ah电池相同，电池的平均重量约6.2kg。12V30Ah电池除极板较12V17Ah的高出14mm之外，其余结构与12V17Ah相同。电池的平均重量约7kg。电池的整体结构依型号不同采用2×3或1×6的单格排列方式。电池外壳为ABS注塑而成，内部单格电池之间的连接为跨焊方式。
3结果与讨论
3.1电池的容量特性
图1示出采用F-I型新技术制造的电池与常规Pb-Ca-Sn电池的性能比较。由图中可见，电池的初始放电性能明显超过常规电池。依不同放电终止电压时所测得电池的初始容量可求得电池以2h率放电的初始比能量，当电池的放电终止电压为10.5V时，采用F-I型配方制造的电池，其平均重量比能量可达36Wh/kg以上。若以9.6V为放电终止电压，则其重量比能量可达36.4-37.7Wh/kg，与本课题组送检电池并经上海市质检所测得的36.8Wh/kg的比能量值十分接近。
3.2充放循环寿命
3.2.1电池按70%DOD充放时的循环寿命
按照F-I型工艺制造的电池，虽然具有较高的初始容量和较大的比能量，但电池在循环充放中容量下降较快，深循环寿命较短。为此，我们在F-Ⅱ型电池中削减了电池的初始容量，以降低电池的循环放电深度。按照电动自行车用密封铅酸蓄电池的部颁标准（JB/T10262-2001），将12V10Ah电池模拟实车行驶，以恒压16V、限流1.5A充电5.6h，5A恒流放电1.4h为循环周期（即2h率放电70%DOD）进行循环充放，测得F-ⅡB型电池具有718次的循环寿命（见图2），是常规Pb-Ca-Sn合金电池寿命（平均350次）的2倍以上。而与F-ⅡA型（非胶状电解液）的电池相比，其寿命亦有较明显的提高。3.2.2电池按100%DOD充放时的循环寿命
分别采用F-ⅡA、F-ⅡB型工艺及常规技术研制了3种类型的12V10Ah电池，电池以14.6-14.8V恒压、1.5A限流充电9.5h，5A恒流放电至10.5V为循环周期（即2h率放电100%DOD）进行放电寿命试验（见图3）。图中曲线表明：采用F-ⅡB型技术后的电池，在100%DOD的全充放条件下，电池循环至735次，仍具有64min的放电容量。这一结果表明，在适当限制初始容量并合理选用FD复合添加剂和亚胶体的电动自行车电池，即使在上述的深循环条件下，亦具有可能运行1.5-2a以上的使用寿命。
3.2.3电池的快速等效循环寿命
自电动自行车普及以来，电动自行车制造商为快速验证电池的优劣，行业中公认了一种严格的快速等效循环寿命检测法。该方法规定：每一次循环充放中，12V10Ah电池应以20A（>2倍率）电流放电18min（相当于以2C的电流放电至60%DOD），再以10A（1倍率）电流充电42min。此种大电流快速充、放电对电池性能要求极为严格。由于充、放电流大，电池发热严重，失水快，很容易损坏。显然，该法的检测结果与电池的实际深充放能力并没有平行关系，但作为电动车厂家短期快速评价电池性能，仍具有一定的参考价值。图4示出了采用F-ⅡA技术、F-ⅡB技术以及常规型的电池的快速充放寿命对比曲线。由图中可见，采用F-ⅡA技术的电池，其快速充放循环达到519次，显著优于F-ⅡB技术型和常规Pb-Ca-Sn合金电池，这可能与不同种类电解液的离子电导性能有关。
上述研究结果充分表明，在电池制造中采用了上述几项新技术之后，完全可将电动自行车电池的使用寿命延长至1.5-2a。
上述电动自行车电池所具有较长深循环寿命，可能与下列因素有关：
（1）高活性正极FD型复合添加剂的使用及改进后的正负极配方对提高电极活性物质利用率和减少循环中容量的衰减具有重要的作用；
（2）低钙正极板栅的使用有助于降低腐蚀膜的生长速度和膜阻抗；
（3）和膏中采用P-GB添加剂可增强活性物质颗粒间和活性物质与板栅间的结合能力。
（4）正确选择铅膏的视密度、含酸量、极板固化温湿度、电池的加酸量，以及正负极活性物质的比例，对提高电池深循环过程中容易的稳定性也具有一定作用。■ |
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