| 具有中国特色的电动自行车和电动摩托车阀控密封铅蓄电池由于频繁的较大电流的循环滥用，并要求高性能长寿命。因此，对极板的制造提出了更高的性能和寿命要求，应如何达到这一要求，作者提出一些看法和措施。关于电池注液量与电池初期循环容量和电池寿命的关系；关于电池配套用三段式充电器的充电电压和转灯电流的设定；关于电池循环使用过程中电池的失水及其与使用铅粉的关系。作者从理论上和以实验数据为依托提出一些新的见解和处置办法，认定优良电池必须要与性能良好的充电器相配套作循环使用方能显现电池的优良特性。
关键词：滥用、软化、干涸、配套用充电器。
1、绪言
目前，具有中国特色的电动自行车和电动摩托车电池正处于加速和飞速发展的阶段，所用的电池几乎清一色属于阀控密封铅蓄电池，最主要产品有2种：12V12AH、12V20AH。电动车用蓄电池由于其频繁的大充大放循环使用，以及配用市售的形形色色的性能和质量差异较大的充电器，又要求电池具有一年以上的性态良好的寿命。因此，电动车用的密封蓄电池要比电信、电力、UPS、照明等用途的蓄电池具有更高更苛刻的要求：电池大电流放电性能要高，低电压恒压充电接受能力要好，频繁的全充全放正极活性物不易软化衰退，负极活性物不易硫化失效，深度放电后以配套的小充电器充电可使容量100%恢复，滥用充/放电不会使电池失水过多而干涸，电池要经得起剧烈颠震等。所以，电动车用蓄电池所用的极板并非普通密封电池所用的极板所能胜任，而是要求采用特殊的配方，特别的极板制造工艺，并经200次以上的100% DOD放电证明性能高、寿命持久的极板方适宜用来制造电动车蓄电池。
一个性能优秀的电动车用蓄电池，不仅要使用特性优异的极板来制造，而且与电池使用的隔板、电解液比重和添加剂、极组焊接的牢固性、单格之间连接的可靠性、电池极柱和壳盖密封持久性、极组焊入槽的松紧度、良好的初充电以及包装出厂之前极板隔板中电液适当的饱和度等密切相关。对一个电动车用的电池组来说，其性能还与该组中各个电池容量的均一性和所配用的充电器的性能是否良好紧密相连。一组电池本身的性能是良好的，但如果配用的充电器总是充电不足或总是过充电者，则电池组在行车的过程中绝不可能显现其优良的放电特性和长久的寿命。所以一个性能好的电池组务必要配用一个性能良好的充电器，这是十分重要和十分关键的。
2、关于电动车用蓄电池的极板制造
电动车使用电池的特点是全充全放，放电电流较大（常为2小时率放电电流），而且大多数的用户是天天使用天天充电，在充/放深度方面，有的每天只骑车5～6公里，却天天充电；而有的骑车至放电终止电压，车子自动断电之后，让电池休息一会儿，又再利用电池电力骑车至自动断电，反复多次……总的来说电动车电池在用户中处于滥用状态。因此，电动车电池对极板的特性要求是电池在频繁深充放和滥用的条件下要有特别高的电气性能和持久的寿命。
2.1、板栅合金
为了提高电池深放电之后容量恢复的能力，近几年国内有的厂家使用含Sb含Cd约1.7%的Pb-Sb-Cd合金制造正板栅，但金属Cd是对人体危害极大的金属，也十分不利于环保，而且合金中含用Sb对电池的保水能力和自放电也有不良影响，因此，Pb-Sb-Cd合金用于正板栅制造将随人们环保意识的增强而逐步被淘汰。实际上，许多厂家发现高Sn含量的Pb-Ca-Sn-Al合金，用于正板栅也具有电池深放电之后容易使电池容量复原的功能，并且耐腐性也很良好。所以国内许多厂家以含Sn量达1.4～1.5%的Pb-Ca-Sn-Al合金作为正板栅合金，而负板栅合金只使用普通Pb-Ca合金即可。
2.2、板栅设计
最主要的要考虑两点：一是要有利于电池较大放电率放电；二是要有利于减缓正极活性物频繁充/放过程的软化衰退。为此，较合理的设计应是：①纵筋的数量要相对增加，比如12AH和20AH电池的板栅竖筋或斜筋可分别设计3条和5条。②单格中装入的极片数，适当多些为好，比如12AH电池单格装入7+/8-比单格装入6+/7-会使电池充电和放电的性能更佳。③与一般蓄电池相比，电动车蓄电池正板栅的厚度与负板栅的厚度之比要更大一些，这样可相对延缓正极活性物的软化衰退，延长电池寿命。
2.3、铅膏制造
2.3.1、铅膏的原料
在铅膏的配方中，80%以上是铅粉，其氧化度，视比重，杂质含量是三个最主要的指标。人们往往注意了前两项指标的重要性，而忽视了杂质含量对电池的恶劣影响——电池自放电和电池 失水量可能会数倍地增加。最常见的有害杂质是Fe、Sb、As、Cu，要求每种杂质元素的含量都应在0.001%以下，否则后果严重。其他添加剂和硫酸、水等，分析其纯度比分析其含量更为重要，因为电动车蓄电池属于阀控密封电池，贫液又不能补水，充好电出了厂又不知道何年何月才会交到用户手中使用。不失水或少失水，自放电极少，可说是此类电池的生命。制造铅膏的各种原料应力求纯之又纯。
2.3.2、铅膏配方
这是关系极板性能优劣的关键一环，各个生产厂自有一套，也是各厂的秘密。对配方的总体要求是：制备铅膏要方便可控，利于涂片，极板化成后电气性能高，充电接受能力好，自放电小，正负极活性物经久耐用。为达此目的，通常在正膏中添加少量的石墨、碳黑、Sn、Mg、Ca、Al、Na、Co的硫酸盐或氧化物，沸石粉，硅胶粉，空心玻璃微球等成孔剂和导电剂来提高极板的电气性能。与此同时，在正膏中添加短纤维，聚四氟乙烯乳液，CMC，磷酸，SiO2等粘结剂来提高正极活性物的机械强度并减缓软化衰退。负极铅膏的添加剂比较复杂多样，其主要作用是防止负极活性物在充/放过程中收缩、硬化而失效；此外，兼有提高电池低温放电性能，减少电池自放电，提高负极充电接受能力，防止负极活性铅在生产和储存过程中氧化等功能。负极添加剂中，BaSO4是必不可少者，且在动力型电池中有逐步增大其用量的趋势。其余负极添加剂多为有机物，如木素、腐植酸、硬脂酸、羊毛脂、松香等。实验证明，负板的有机物添加剂在电池使用过程中有逐渐溶出减少的趋向，致使负极活性物在电池寿命的中后期趋于收缩板结而硫化降低了电池容量。为了提高电动车蓄电池的充电接受能力和提高电池寿命，经实验证明，可在负板添加剂中用增加BaSO4含量（如1%）和导电碳黑的含量（如0.5%）并相应少用有机添加物的办法来达到目的。
2.3.3、和膏温度及铅膏比重控制
为了提高电池的初期容量性能，以往在和制铅膏时一般控制膏温不超过
60℃，目的是要铅膏中多生成3PbO·PbSO4·H2O，然后化成极板多形成βPbO2而提高电池的初期容量。在频繁充/放的电动车电池使用中发现，低温和膏以及低比重铅膏做的极板，电池虽然有很好的初期容量，但电池的容量衰减较快，解剖电池发现主要原因是正极活性物软化衰退所致。而使用高温70～75℃和膏并使正膏的比重达到4.1以上做出的极板电池初期容量虽然略低些，但初期充/放电池容量会逐步上升较长一段时间，中后期容量衰减很慢，电池的寿命明显延长。原因是高温和膏生在4PbO、PbSO4、的比例高，化成后形成αPbO2成数高，加上高比重铅膏生成的活性物比较牢固，因此极板的机械强度好，正极的PbO2不易软化，容量衰减较慢。
2.4、生极板的固化——干燥条件控制
生极板固化以往常在35℃中等湿度下进行，使铅膏固化后多生成3PbO·PbSO4·H2O，电池具有良好的初期容量。现代的研究和实践证明高温70～80℃，相对湿度90%以上固化40小时以上，然后干燥的生极板不但机械强度高，而且电池的初容量有逐步上升并持久不衰的良好表现，电池寿命明显增长。原因正如上所述是高温高湿条件下固化形成4PbO·PbSO4的比例较高所致。
2.5、极板化成
极板化成主要质量要求是表观成色一致，正极板PbO2含量要达85%以上，而且极板活性物要有良好的机械强度。
对于高温和膏和高温固化制得的生极板而言，由于4PbO·PbSO4含量高，化成的充电量相对要高一些，否则化成不充分，PbO2含量不足。对于厚度2mm～3mm的正极板，其充电量一般要达到极板自身容量的6～8倍，否则PbO2含量偏低。
实验表明，正极PbO2偏低的极板做的电池初次容量偏低，对使用配套充电器充电的电动车电池来说，因每次充电的过充量很小，初次容量偏低的电池其容量会很难上升甚至不能上升，电池充放容量长期处于低微状态。而PbO2含量达85%以上正极板做的12V12AH电动车电池首次5A放电至1.05V即可达到145分钟以上，并可多次充/放维持这一水平。
为了使正极板化成一致性良好，应推荐正极板采用焊接化成（负板可不焊接）。要使正板PbO2含量达85%以上，除了充电量要足够之外，化成电液比重和化成槽温也很重要，电液比重采用1.05～1.06g/cm3,槽温30～50℃比较适宜（如果电液比重太低，槽温较低PbO2含量难达标）。如果各种措施都上了，PbO2含量还未达标，那么在充电中后期加一次深度60～80%的放电，然后再充足电，是比较奏效的。
(未完待续) |
|
您所在的位置： 
