鉅大LARGE | 點擊量：1242次 | 2021年05月17日
什么是鉛酸蓄電池？它的循環(huán)壽命如何提高？
近年來,隨著歐美等老牌電池生產(chǎn)公司巨大的成本壓力及國際鉛價的持續(xù)上漲,使得這些國際知名的公司都紛紛在我國建廠，或者干脆在我國購買電池進行貼牌銷售。這種趨勢在帶給國內(nèi)公司可觀利潤的同時，也因國內(nèi)部分公司的產(chǎn)品質(zhì)量問題給自身帶來了毀滅性的打擊。而國內(nèi)部分公司電池產(chǎn)品質(zhì)量與國外知名公司的顯著差別，重要就是電池使用壽命尤其是循環(huán)使用壽命達不到要求。
鉛酸蓄電池的壽命終止多因容量不足，而關(guān)于蓄電池來說，其循環(huán)壽命更是其眾多指標(biāo)中的關(guān)鍵指標(biāo)。關(guān)于閥控鉛酸蓄電池,延長電池循環(huán)壽命的公認措施是鉛膏配方中新增長效添加劑、采用高錫低鈣合金、極板高溫固化、提高裝配壓力等等。
但即使全部采取以上措施,生產(chǎn)出的電池壽命也不一定能達到國外電池壽命的水平。尤其是隨著成本壓力的新增,很多國內(nèi)中小公司為了降低生產(chǎn)成本,提高電池的大電流放電性能,不斷地降低電池的極板厚度和新增電解液的比重,這關(guān)于電池的整體性能,尤其是循環(huán)性能來說無疑是殺雞取卵的方法。
本項目的研究重點即是在上述各項延長電池循環(huán)壽命的措施都采取的情況下,重點研究電池正負極板厚度、電解液比重和不同充電條件對電池初期容量、國標(biāo)循環(huán)壽命和1h率100%DOD循環(huán)壽命的影響。
試驗內(nèi)容
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
針對以上研究內(nèi)容,采用兩種極板厚度的電池結(jié)構(gòu),配合4種電解液比重,制作12V、7Ah電池以進行各項性能試驗。
電池制造
電池制造采用3正4負(正極板厚度為3.6mm)、4正5負(正極板厚度為2.8mm)兩種結(jié)構(gòu)裝配，鉛膏配方為今星光公司長壽命鉛膏配方，極板為槽化成工藝生產(chǎn)，電池裝配后分別加1.27、1.29、1.31、1.33四種比重電解液，加酸量控制單體內(nèi)有效酸量均相同。電池按照工藝初充電完成后測試電池重量和內(nèi)阻，兩種結(jié)構(gòu)電池的重量分別約為2.60kg和2.45kg，內(nèi)阻分別約為19m和17m。之后分別測試各類電池的初期容量和兩種循環(huán)壽命，為清楚表示各類正交試驗電池的特點和試驗項目，各類電池正交試驗情況如表1所示。
初期性能測試
表1中的各類電池制作完成后，分別測試各類電池20h和3C容量，作為電池初期容量進行比較考核。
國標(biāo)循環(huán)壽命
電池經(jīng)過初期容量測試合格后,按照小型閥控密封式鉛酸蓄電池國家標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)代號為GB/T196391.1-2005)5.18壽命試驗方法測試表1中6類電池的壽命。
恒流限壓(LV)壽命試驗
根據(jù)各類電池的兩項試驗情況,采用不同的恒流限壓充電方法測試表1中4類電池的1h率放電100%DOD循環(huán)壽命。
電池解剖分析
將上一試驗步驟中壽命終止的電池解剖,采用化學(xué)方法分析正負極活性物質(zhì)含量、負極硫酸鉛含量以及酸比重等,并確定電池壽命終止的原因。
試驗結(jié)果分析討論
電池初期性能試驗
電池制作完成后,對各類電池分別任意取3只,按照國標(biāo)方法測試電池的20h率放電和3C放電,對3只電池的放電數(shù)據(jù)取平均值,如表2所示。
由表中數(shù)據(jù)可以看出:各類電池放電測試都能夠達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的20h率放電20h和3C放電7min的要求。但是,隨著極板變薄、電解液比重新增,不論是20h率容量還是3C容量,都呈上升趨勢,尤其是3C放電時間新增得更加明顯。
國標(biāo)循環(huán)壽命
根據(jù)各類電池初期容量的測試情況,采用小型閥控鉛酸蓄電池國家標(biāo)準(zhǔn)中5.18條所規(guī)定的電池循環(huán)壽命測試方法,對3正4負極板結(jié)構(gòu)的4種酸比重的電池和4正5負極板結(jié)構(gòu)的1.29和1.31兩種酸比重的電池,各取2只進行循環(huán)壽命試驗。試驗數(shù)據(jù)見表3。
為了了解電解液比重和極板厚度等對電池循環(huán)壽命的影響，將表中數(shù)據(jù)分類后分別做出圖1(3正4負結(jié)構(gòu)電池國標(biāo)循環(huán)壽命隨電解液不同的影響)和圖2(不同極板厚度對電池循環(huán)壽命的影響)。
由表3、圖1和圖2可知,上述各類電池的國標(biāo)循環(huán)壽命都大于標(biāo)準(zhǔn)的300次的要求。但是隨著電解液比重的新增和極板厚度的減薄,電池循環(huán)壽命呈明顯下降趨勢。
恒流限壓(LV)壽命試驗
根據(jù)上述各項試驗的情況,取3正4負極板結(jié)構(gòu),酸比重分別為1.29和1.31的A1B2和A1B3兩類電池進行1h率的100%DOD壽命試驗。充電方法為恒流限壓,恒流值為0.15C,限壓值分別為14.2V/只、14.5V/只和14.8V/只。每一類電池用各種充電方法測試3只電池,試驗結(jié)束后將3只電池的循環(huán)次數(shù)取平均值列于表4中。
由表4數(shù)據(jù)可以看出:關(guān)于電解液比重為1.29的電池來說，隨著充電限壓值的逐步增大，電池循環(huán)壽命逐步減小，采用14.2V/只的限壓值充電，循環(huán)壽命最長。而關(guān)于電解液比重為1.31的電池來說，則是采用14.5V/只限壓值充電的電池壽命最長，采用其他兩個限壓值充電的電池壽命明顯少得多。
電池解剖分析
將進行LV試驗的各組電池壽命終止后,各取有代表性的電池一只,解剖分析正負極活性物質(zhì)含量、負極硫酸鉛含量和隔膜內(nèi)電解液比重等,并初步確定電池失效原因。具體情況見表5。
對表5中的數(shù)據(jù)進行分析,并結(jié)合表4中的循環(huán)壽命數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論:關(guān)于酸比重為1.29的電池循環(huán)壽命終止的原因重要是充電過程中正極活性物質(zhì)泥化、正極板柵腐蝕和失水等,充電過程電池失水的同時也提高了電解液比重。而關(guān)于酸比重為1.31的電池,現(xiàn)象和趨勢基本相同,只是采用14.2V/只充電時易導(dǎo)致電池充電不足,出現(xiàn)負極硫酸鹽化現(xiàn)象。
筆記
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通過對不同極板厚度、添加不同比重電解液的電池,進行初期容量、國標(biāo)循環(huán)壽命和不同恒流限壓充電控制條件下的循環(huán)壽命試驗,以及對循環(huán)壽命終止電池的解剖分析,得出以下結(jié)論:電池極板越厚,電解液比重越低,電池的初期容量相對越低,尤其是大電流放電性能降低得更加明顯,但是電池的循環(huán)壽命則明顯延長。
關(guān)于電解液比重較大的電池,合理選擇恒流限壓充電的限壓值,能夠防止電池的負極硫酸鹽化和正極泥化,延長電池循環(huán)壽命。
