2024年4月26日发(作者：侯依丝)
交流与探讨极板固化前的含水量对
SLI
电池性能的影响研究
极板固化前的含水量对
SLI
电池性能的影响研究
张 伟
(
上海江森自控国际蓄电池有限公司
,
上海
201315
)
摘要
:
通过试验
,
研究了极板固化前的含水量
,
即经过快速干燥窑之后的极板含水量与铅酸电池
的性能关系
,
从而指导生产更好地设定参数
,
控制极板的含水量。
关键词
:
铅酸蓄电池
;
含水量
;
固化
中图分类号
:TM912
1
9
文献标识码
:B
文章编号
:1006-0847
(
2007
)
01-0022-03
Theeffectsofpastemoisturecontentbeforeplatecuring
ontheSLIbatteryperformance
ZHANGWei
(
ShanghaiJohnsonControlsInternationalBatteryCo.,Ltd.,Shanghai
201315
,China
)
Abstract:Thepurposeofthisinvestigationwastoquantifytheeffectsofpastemoisturecontentattheendof
giveadirectiononhowtocontrolthepastemoisturecon
2
tentviabetterparametersetting.
Keywords:lead
2
acidbattery;moisturecontent;curing
1
前言
固化过程中
,
极板中含有的水在金属铅的氧化
反应中有两个作用
:
一方面起到传递氧的作用
,
另
一方面是作为催化剂参加反应。因此
,
极板的含水
量是影响固化效果的一个重要因素
,
是固化过程中
游离铅氧化成氧化铅的重要条件
,
也是极板活性物
质之间以及活性物质与板栅之间进行良好结合的保
证。已经发现
,
固化过程中
,
铅膏中的含水量为
7
%
～
9%
时
,
其游离铅的氧化速度最快
[1,2]
。
过程中易脱落
,
最终缩短电池使用寿命
;
不仅如
此
,
过多的水份还会导致固化时间延长
,
从而影响
生产效率。反之
,
如果水量过少
,
则使生极板孔隙
离降低
,
容量性能下降
;
为了达到低的含水量
,
必
须升高快速干燥窑的温度
,
高温和快速失水会导致
极板皲裂
,
这将引起铅膏分离和铅膏脱落
,
也将升
高极板的内阻。同时
,
水量过低也会造成游离铅的
氧化程度不够
,
从而引起正极活性物质的过早脱
落。
基于以上的原因
,
各生产企业必须要根据自己
的工艺设备情况
,
设定合适的极板含水量
,
提高固
化的效果和电池的性能。
2
实验过程
2.1
生极板的制造
由于极板中的水在固化后将大部分蒸发掉
,
在
生极板中形成大量的孔隙。所以固化前极板中的含
水量越高
,
则生极板铅膏形成的孔隙越多
,
极板的
孔隙率越大
,
极板的反应面积也会相对增大
,
从而
容量性能得到一定的提高。但如果水量过多
,
极板
孔隙率偏高
,
则易导致活性物质之间以及活性物质
与板栅之间结合力变差
,
使得铅膏在蓄电池充放电
收稿日期
:2007-01-17
22
使用铅粉为巴顿粉
,
按正常配方和工艺进行和
膏
,
涂板
,
将快速干燥窑的干燥温度分别设定为
:
95
℃、
205
℃、
315
℃、
425
℃
,
设定的温度将决
定铅膏的含水量。
ChineseLABATManNo
1
1,2007
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
极板固化前的含水量对
SLI
电池性能的影响研究交流与探讨
实验时
,
收集所有快速干燥窑预定温度下的生
极板含水量。每个温度下生极板的含水量
,
如表
1
所示。
表
1
不同温度下生极板含水量
正极
425
℃
315
℃
205
℃
95
℃
10
1
84%
12
1
43%
12
1
75%
13
1
94%
425
℃
315
℃
205
℃
95
℃
取每只电池
2
轮
CCA
的最大值
,
正负极板含
水量与
CCA30s
电压的关系如图
3,
图
4
所示。
负极
7
1
35%
8
1
75%
10
1
45%
11
1
39%
极板的固化均按现有固化程度进行。固化后极
板的游离铅含量和含水量如表
2
示。
表
2
固化后极板的游离铅和含水量
正极游离铅正极含水量负极游离铅负极含水量
425
℃
315
℃
205
℃
95
℃
1
1
60%
0
1
28%
0
1
20%
0
1
18%
0
1
38%
0
1
49%
0
1
35%
0
1
86%
7
1
81%
6
1
43%
3
1
21%
1
1
98%
0
1
28%
0
1
37%
0
1
27%
0
1
34%
图
1
正极板含水量与
RC
的关系
2.2
电池的制造
将上述极板按表
3
方案组装成电池后
,
使用相
同的化成程序进行化成。电池型号为
G34,
每个单
格正极板为
7
片
,
负极板为
6
片。
表
3
电池的组装方案
实验序号
A
B
C
D
E
F
)
干燥窑的温度
(
℃
正极板
425
315
205
95
95
425
负极板
425
315
205
95
425
95
图
2
负极板含水量与
RC
的关系
2.3
性能测试
测试时根据
SAE
标准进行测试。
A-F
每组取
5
只电池
,
分别测试
3
轮储备容量
(
RC
)
和
2
轮
-
18
℃低温大电流放电
(
CCA
)
,
再取其中
3
只电池
测试
SAEJ240
寿命。
3
实验结果与讨论
3.1
极板含水量与储备容量
RC
的关系
图
3
正极板含水量与
CCA30s
电压的关系
取每只电池
3
轮
RC
的最大值
,
正负极板含水
量与
RC
的关系如图
1,
图
2
所示。
从图
1
和图
2
来看
,
较高的正负极板含水率对
RC
都有利。
3.2
极板含水量与冷起动电流
CCA
的关系
《蓄电池》
2007
年 第
1
期
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
图
4
负极板含水量与
CCA30s
电压的关系
23
交流与探讨极板固化前的含水量对
SLI
电池性能的影响研究
从图
3
和图
4
来看
,
较高的负极含水量对
CCA
有利
,
正极的含水率对
CCA
无显著影响。
3.3
综合数据分析
将每组电池的
RC
、
CCA30s
电压和循环寿命
测试的数据平均值
,
列入表
4
。
表
4
电池的
RC
、
CCA30s
电压和循环寿命数据
实验序号
A
B
C
D
E
F
)
干燥窑的温度
(
℃
RC
(
min
)
122
1
042
126
1
026
127
1
188
128
1
325
126
1
256
124
1
746
30s
电压
循环寿命
(
V
)
7
1
574
7
1
560
7
1
640
7
1
648
7
1
500
7
1
658
(
次
)
4873
6307
6020
5733
5877
4587
组
,
负极有较低的含水量。
CCA30s
电压性能最好
和最坏相差
0
1
15V
。凭经验一片极板是
0
1
5V,
那
么
0
1
15V
将近
1/3
片极板。
循环寿命最好的是
B
组和
C
组
,
最差的是
A
组和
F
组
,
失效模式均为正极铅膏软化脱落。
B
、
C
两组有较为适中的含水量
,A
、
F
两组正极的含
水量最低
,
循环寿命与负极板含水量关系不大。
4
结论
正极板
425
315
205
95
95
425
负极板
425
315
205
95
425
95
通过以上的实验结果和分析
,
适当地提高极板
的含水量
,
不但可以提高电池的
RC
和
CCA,
或达
到设计的
RC
和
CCA
情况下用较少的材料
,
而且可
以降低干燥窑的设定温度
,
从而节约电能。考虑到
过高的含水量会延长固化时间
,
并且对循环寿命有
不利的影响
,
建议将快速干燥后正极板的含水率设
定为
12%
～
13%,
负极板的含水率设定为
10%
～
11%
。
参考文献
:
[1]
伊晓波
.
铅酸蓄电池制造与过程控制
[M].
北京
:
从表
4
可以看出
,RC
性能最好的是
D
组
,
其
正极板和负极板含水量都最高。相反
,
最差的
RC
是
A
组
,
其正极板和负极板含水量都最低
,
含水
量最高和最低的
RC
相差
6min
。如果按每个单格
1
kg
的铅能够放出
100minRC
计算
,
那么
6min
相当
于每个电池相差
0
1
36kg
的铅。
CCA30s
电压性能最好的是
D
组和
F
组
,
负极
有较高的含水量
:CCA30s
电压性能最差的是
E
机械工业出版社
,2004.
[2]
朱松然
.
铅蓄电池技术
[M].
北京
:
机械工业出版
社
,2004.
VRLA
电池的氢复合———一种被忽略的现象
尽管有些人认为氢复合现象并不存在或者
微不足道
,
但瑞典
NorthstarEnergySystems
的
Karlsson
特地分析了有关氢复合的研究文献
,
并
从试验数据中得出如下结论
:
氢复合虽然比氧复
合慢得多
,
但仍然是存在的
,
而且它对阀控式铅
酸蓄电池的运行有相当大的影响。
氢复合对
VRLA
电池的运行是十分重要的。
如果能使氢复合反应增强
,
那就可能抑制因具有
低氢过电压的纯活物质不足而引起的水损。人
们曾用过含有贵金属的再化合器来改善
VRLA
电池的运行。对于发生在二氧化铅上的氢复合
现象的进一步了解
,
可以使人们采用无需稀有贵
金属的设计。氢复合在热失控方面的作用也在
研究中。
VRLA
电池工作时其内部的正常组成
几乎是纯氢
,
而二氧化铅又是高度的氧化性物
质
,
所以由此引起热失控是不难理解的。
在研究中已经发现氢复合存在的充分证据
,
证明二氧化铅与氢相接触引起了持续的压力降
,
这意味着氢被二氧化铅消耗。
从事二氧化铅2氢电池研究的科技人员仔细
研究了氢与二氧化铅之间的反应
,
测量了其反应
速率
,
并发现该反应与氢压力成正比。
用同样的极板但电解液流动性不同的电池
的研究发现胶体蓄电池比相应的
AGM
电池产生
更多的氢、具有更少的浮充电流
,
对这种现象惟
一的、有意义的解释就是有氢复合现象的存在。
氢复合与氧复合相比
,
除了更低的电化学反
应速率外
,
不利于它的因素还有以下一些
:
(
1
)
正
电极的孔隙比负电极孔隙更细小
,
因此气体不易
渗透
;
(
2
)
氢的溶解度比氧的低得多
;
(
3
)
由于在
VRLA
电池的氧循环中产生大量的氧
,
正电极消
耗了它自身的氢。
为了进一步改善未来铅酸蓄电池的设计
,
对
于氢复合的现象还有待深层次的认识。
24
ChineseLABATManNo
1
1,2007
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2024年4月26日发(作者：侯依丝)
交流与探讨极板固化前的含水量对
SLI
电池性能的影响研究
极板固化前的含水量对
SLI
电池性能的影响研究
张 伟
(
上海江森自控国际蓄电池有限公司
,
上海
201315
)
摘要
:
通过试验
,
研究了极板固化前的含水量
,
即经过快速干燥窑之后的极板含水量与铅酸电池
的性能关系
,
从而指导生产更好地设定参数
,
控制极板的含水量。
关键词
:
铅酸蓄电池
;
含水量
;
固化
中图分类号
:TM912
1
9
文献标识码
:B
文章编号
:1006-0847
(
2007
)
01-0022-03
Theeffectsofpastemoisturecontentbeforeplatecuring
ontheSLIbatteryperformance
ZHANGWei
(
ShanghaiJohnsonControlsInternationalBatteryCo.,Ltd.,Shanghai
201315
,China
)
Abstract:Thepurposeofthisinvestigationwastoquantifytheeffectsofpastemoisturecontentattheendof
giveadirectiononhowtocontrolthepastemoisturecon
2
tentviabetterparametersetting.
Keywords:lead
2
acidbattery;moisturecontent;curing
1
前言
固化过程中
,
极板中含有的水在金属铅的氧化
反应中有两个作用
:
一方面起到传递氧的作用
,
另
一方面是作为催化剂参加反应。因此
,
极板的含水
量是影响固化效果的一个重要因素
,
是固化过程中
游离铅氧化成氧化铅的重要条件
,
也是极板活性物
质之间以及活性物质与板栅之间进行良好结合的保
证。已经发现
,
固化过程中
,
铅膏中的含水量为
7
%
～
9%
时
,
其游离铅的氧化速度最快
[1,2]
。
过程中易脱落
,
最终缩短电池使用寿命
;
不仅如
此
,
过多的水份还会导致固化时间延长
,
从而影响
生产效率。反之
,
如果水量过少
,
则使生极板孔隙
离降低
,
容量性能下降
;
为了达到低的含水量
,
必
须升高快速干燥窑的温度
,
高温和快速失水会导致
极板皲裂
,
这将引起铅膏分离和铅膏脱落
,
也将升
高极板的内阻。同时
,
水量过低也会造成游离铅的
氧化程度不够
,
从而引起正极活性物质的过早脱
落。
基于以上的原因
,
各生产企业必须要根据自己
的工艺设备情况
,
设定合适的极板含水量
,
提高固
化的效果和电池的性能。
2
实验过程
2.1
生极板的制造
由于极板中的水在固化后将大部分蒸发掉
,
在
生极板中形成大量的孔隙。所以固化前极板中的含
水量越高
,
则生极板铅膏形成的孔隙越多
,
极板的
孔隙率越大
,
极板的反应面积也会相对增大
,
从而
容量性能得到一定的提高。但如果水量过多
,
极板
孔隙率偏高
,
则易导致活性物质之间以及活性物质
与板栅之间结合力变差
,
使得铅膏在蓄电池充放电
收稿日期
:2007-01-17
22
使用铅粉为巴顿粉
,
按正常配方和工艺进行和
膏
,
涂板
,
将快速干燥窑的干燥温度分别设定为
:
95
℃、
205
℃、
315
℃、
425
℃
,
设定的温度将决
定铅膏的含水量。
ChineseLABATManNo
1
1,2007
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
极板固化前的含水量对
SLI
电池性能的影响研究交流与探讨
实验时
,
收集所有快速干燥窑预定温度下的生
极板含水量。每个温度下生极板的含水量
,
如表
1
所示。
表
1
不同温度下生极板含水量
正极
425
℃
315
℃
205
℃
95
℃
10
1
84%
12
1
43%
12
1
75%
13
1
94%
425
℃
315
℃
205
℃
95
℃
取每只电池
2
轮
CCA
的最大值
,
正负极板含
水量与
CCA30s
电压的关系如图
3,
图
4
所示。
负极
7
1
35%
8
1
75%
10
1
45%
11
1
39%
极板的固化均按现有固化程度进行。固化后极
板的游离铅含量和含水量如表
2
示。
表
2
固化后极板的游离铅和含水量
正极游离铅正极含水量负极游离铅负极含水量
425
℃
315
℃
205
℃
95
℃
1
1
60%
0
1
28%
0
1
20%
0
1
18%
0
1
38%
0
1
49%
0
1
35%
0
1
86%
7
1
81%
6
1
43%
3
1
21%
1
1
98%
0
1
28%
0
1
37%
0
1
27%
0
1
34%
图
1
正极板含水量与
RC
的关系
2.2
电池的制造
将上述极板按表
3
方案组装成电池后
,
使用相
同的化成程序进行化成。电池型号为
G34,
每个单
格正极板为
7
片
,
负极板为
6
片。
表
3
电池的组装方案
实验序号
A
B
C
D
E
F
)
干燥窑的温度
(
℃
正极板
425
315
205
95
95
425
负极板
425
315
205
95
425
95
图
2
负极板含水量与
RC
的关系
2.3
性能测试
测试时根据
SAE
标准进行测试。
A-F
每组取
5
只电池
,
分别测试
3
轮储备容量
(
RC
)
和
2
轮
-
18
℃低温大电流放电
(
CCA
)
,
再取其中
3
只电池
测试
SAEJ240
寿命。
3
实验结果与讨论
3.1
极板含水量与储备容量
RC
的关系
图
3
正极板含水量与
CCA30s
电压的关系
取每只电池
3
轮
RC
的最大值
,
正负极板含水
量与
RC
的关系如图
1,
图
2
所示。
从图
1
和图
2
来看
,
较高的正负极板含水率对
RC
都有利。
3.2
极板含水量与冷起动电流
CCA
的关系
《蓄电池》
2007
年 第
1
期
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
图
4
负极板含水量与
CCA30s
电压的关系
23
交流与探讨极板固化前的含水量对
SLI
电池性能的影响研究
从图
3
和图
4
来看
,
较高的负极含水量对
CCA
有利
,
正极的含水率对
CCA
无显著影响。
3.3
综合数据分析
将每组电池的
RC
、
CCA30s
电压和循环寿命
测试的数据平均值
,
列入表
4
。
表
4
电池的
RC
、
CCA30s
电压和循环寿命数据
实验序号
A
B
C
D
E
F
)
干燥窑的温度
(
℃
RC
(
min
)
122
1
042
126
1
026
127
1
188
128
1
325
126
1
256
124
1
746
30s
电压
循环寿命
(
V
)
7
1
574
7
1
560
7
1
640
7
1
648
7
1
500
7
1
658
(
次
)
4873
6307
6020
5733
5877
4587
组
,
负极有较低的含水量。
CCA30s
电压性能最好
和最坏相差
0
1
15V
。凭经验一片极板是
0
1
5V,
那
么
0
1
15V
将近
1/3
片极板。
循环寿命最好的是
B
组和
C
组
,
最差的是
A
组和
F
组
,
失效模式均为正极铅膏软化脱落。
B
、
C
两组有较为适中的含水量
,A
、
F
两组正极的含
水量最低
,
循环寿命与负极板含水量关系不大。
4
结论
正极板
425
315
205
95
95
425
负极板
425
315
205
95
425
95
通过以上的实验结果和分析
,
适当地提高极板
的含水量
,
不但可以提高电池的
RC
和
CCA,
或达
到设计的
RC
和
CCA
情况下用较少的材料
,
而且可
以降低干燥窑的设定温度
,
从而节约电能。考虑到
过高的含水量会延长固化时间
,
并且对循环寿命有
不利的影响
,
建议将快速干燥后正极板的含水率设
定为
12%
～
13%,
负极板的含水率设定为
10%
～
11%
。
参考文献
:
[1]
伊晓波
.
铅酸蓄电池制造与过程控制
[M].
北京
:
从表
4
可以看出
,RC
性能最好的是
D
组
,
其
正极板和负极板含水量都最高。相反
,
最差的
RC
是
A
组
,
其正极板和负极板含水量都最低
,
含水
量最高和最低的
RC
相差
6min
。如果按每个单格
1
kg
的铅能够放出
100minRC
计算
,
那么
6min
相当
于每个电池相差
0
1
36kg
的铅。
CCA30s
电压性能最好的是
D
组和
F
组
,
负极
有较高的含水量
:CCA30s
电压性能最差的是
E
机械工业出版社
,2004.
[2]
朱松然
.
铅蓄电池技术
[M].
北京
:
机械工业出版
社
,2004.
VRLA
电池的氢复合———一种被忽略的现象
尽管有些人认为氢复合现象并不存在或者
微不足道
,
但瑞典
NorthstarEnergySystems
的
Karlsson
特地分析了有关氢复合的研究文献
,
并
从试验数据中得出如下结论
:
氢复合虽然比氧复
合慢得多
,
但仍然是存在的
,
而且它对阀控式铅
酸蓄电池的运行有相当大的影响。
氢复合对
VRLA
电池的运行是十分重要的。
如果能使氢复合反应增强
,
那就可能抑制因具有
低氢过电压的纯活物质不足而引起的水损。人
们曾用过含有贵金属的再化合器来改善
VRLA
电池的运行。对于发生在二氧化铅上的氢复合
现象的进一步了解
,
可以使人们采用无需稀有贵
金属的设计。氢复合在热失控方面的作用也在
研究中。
VRLA
电池工作时其内部的正常组成
几乎是纯氢
,
而二氧化铅又是高度的氧化性物
质
,
所以由此引起热失控是不难理解的。
在研究中已经发现氢复合存在的充分证据
,
证明二氧化铅与氢相接触引起了持续的压力降
,
这意味着氢被二氧化铅消耗。
从事二氧化铅2氢电池研究的科技人员仔细
研究了氢与二氧化铅之间的反应
,
测量了其反应
速率
,
并发现该反应与氢压力成正比。
用同样的极板但电解液流动性不同的电池
的研究发现胶体蓄电池比相应的
AGM
电池产生
更多的氢、具有更少的浮充电流
,
对这种现象惟
一的、有意义的解释就是有氢复合现象的存在。
氢复合与氧复合相比
,
除了更低的电化学反
应速率外
,
不利于它的因素还有以下一些
:
(
1
)
正
电极的孔隙比负电极孔隙更细小
,
因此气体不易
渗透
;
(
2
)
氢的溶解度比氧的低得多
;
(
3
)
由于在
VRLA
电池的氧循环中产生大量的氧
,
正电极消
耗了它自身的氢。
为了进一步改善未来铅酸蓄电池的设计
,
对
于氢复合的现象还有待深层次的认识。
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ChineseLABATManNo
1
1,2007
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