阀控式铅酸电池极板恒压固化工艺研究

2024-10-21 114 上传者：管理员

摘要：为稳定极板固化过程中的各项参数，提高阀控式铅酸蓄电池极板性能，采用恒压400kPa、温度75℃固化6h，恒压300kPa、温度55℃固化8h和50℃固化4h的极板固化工艺。所制备的极板性能均衡，铅膏中游离铅含量不大于1.40%。所制备的电池实际容量提高约7.1Ah且均衡性好，循环耐久能力提高约61次。

关键词：
固化
循环耐久能力
恒压
极板
阀控式铅酸蓄电池
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极板固化是板栅表面生成腐蚀层，铅膏游离铅继续氧化和碱式硫酸铅再结晶的过程[1]。越厚的极板固化时间越长，干燥时间也越长。传统的固化工艺是按设定好的温度、湿度和时间进行固化。因为固化室内的压强不恒定，导致室内温度、湿度发生变化，所以极板的固化效果不均衡。笔者根据气体压强原理，采用压强恒定的恒压固化工艺，使恒压阶段的固化参数稳定，提升了极板性能。

1、工艺研究

板栅的主要成分是铅合金。铅膏的主要由游离铅、氧化铅、碱式硫酸铅和少量添加剂组成。欲使板栅和铅膏结合稳定，在固化时板栅表面应生成腐蚀层。铅膏中少部分未发生氧化的游离铅，需要在固化时进一步氧化。铅膏中的碱式硫酸铅需要在固化时再结晶才可达到稳定。腐蚀层生成、游离铅氧化和碱式硫酸铅再结晶均在特定的温度、湿度下一定时间内完成。根据气压原理可知，当气体的体积不变时，温度会随着压强的变化而变化[2]。然而，现有的固化室并非密闭结构，无法实现恒压。固化工艺仅设定了温度和湿度，以致于固化室内各部位的温度在各时间点均存在差异。

笔者设计了长4.3 m、宽 3.3m 和高 2.8 m 的密闭固化室[3]。有效体积为 30.0 m3。该固化室可承受 0～0.8 MPa 的压强，并配有压力表、压力变送器、蒸汽接口和温度传感器等部件，可设定压强值和温度值并保持恒定，保证固化过程中的压强、温度、湿度实际值与设定值相当。

2、实验

取DP18E 型正极板(铅膏中水含量为 10.1 %。外形尺寸：宽 155 mm；高 167 mm；厚 3.1 mm。质量 410 g)，采用恒压固化工艺与原固化工艺对比实验。参数设定值见表 1。

将固化室四周与中心分区。恒压固化室四周与中心分别记为A、B、C、D、E，原固化室四周与中心分别记为 A1、B1、C1、D1、E1(见图 1)。固化过程中，每 2 h 记录 1 次固化室内的压强和温度，并列于表 2 中。固化结束后，从图 1 中对应的每个点位取 10 片极板，检测游离铅含量[4]，并将数据列于表 3 中。从过程数据和检测数据中可知，恒压固化工艺的过程中，固化室中各点位、各时段压强的极差均不大于 2 kPa、温度的极差均不大于 0.2 ℃，达到了恒压恒温的要求。各点位的极板游离铅含量最大极差为 0.12 %，最大平均值为 1.33 %。而原固化工艺的过程中，因为压强和温度的不稳定性，最终各点位的极板游离铅含量最大极差为 0.91 %，最大平均值为 2.82 %。相比较下，恒压固化工艺将极板游离铅含量降低了 1.49 %，也提高了其均衡性，充分证实了恒压条件在固化过程中的重要性。

表1 固化工艺参数

图1 固化室分区示意图

表2 固化压强和温度对比表

3、电池测试

以6-EVF-100 型 VRLA 电池(额定电压 12 V。3 小时率额定容量 100Ah。外形尺寸：长 330 mm；宽 170 mm；高 215 mm。参考质量 34.0 kg)为测试对象。用恒压固化工艺制造的极板装配 10 只，编号为 1 号～10 号。用原固化工艺制造的极板装配 10 只，编号为 11 号～20 号。用数控智能型 μC-XCF08-50A/6～12 V 微电脑蓄电池容量及放电性能测试仪，按标准 GB/T 32620—2016《电动道路车辆用铅酸蓄电池第 1 部分：技术条件》验证电池的容量和循环耐久能力[5]。容量试验和循环耐久能力试验的测试结果列于表 4 和表 5 中。从检测数据中可知，恒压固化工艺的极板所制备的电池，平均容量达 110.6 Ah，平均循环耐久能力达 477 次。比原固化工艺的极板所制备的电池平均容量提高 7.1 Ah，平均循环耐久能力提高 61 次。极板的游离铅含量低标志着极板固化彻底，化成效率高，有利于提升容量。而极板的均衡性也决定了电池容量的均衡性，更有利于提升循环耐久能力。

4、结束语

对于配组使用的铅蓄电池而言，均衡性会影响整组电池的使用。恒压固化工艺稳定了固化室内各区域的工艺参数，使极板性能均衡，游离铅含量不大于1.40 %，且固化时间节约 10 h。同时，电池的实际容量提高约 7.1 Ah，循环耐久能力提高约 61 次。

表3 游离铅含量

表5 采用原固化工艺的电池的测试数据

表4 采用恒压固化工艺的电池的测试数据

参考文献:

[1]RAND D A J,MOSELEY P T,GARCHE J,等.阀控式铅酸蓄电池[M].郭永榔,胡俊梅,王丽丽,等,译.北京:机械工业出版社,2007.

[2]童秉纲,孔祥言,邓国华.气体动力学[M].2 版.北京:高等教育出版社,2012.

[3]刘瑛,李玉兰.机械零部件结构设计及计算实例[M].北京:化学工业出版社,2015.

[4]中华人民共和国国家质最监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.铅酸蓄电池用极板:GB/T 23636—2017[S].

[5]电动道路车辆用铅酸蓄电池第 1 部分:技术条件:GB/T 32620.1—2016[S].

文章来源:沈旭培,宋文龙,潘金成.阀控式铅酸电池极板恒压固化工艺研究[J].蓄电池,2024,61(05):237-239+245.