慢脈沖化成技術在鉛酸動力電池中的應用

　　前 言

　　在電池生產(chǎn)中，化成是極板中活性物質制備的最后一道工序，也是非常關鍵的一個環(huán)節(jié)，化成的好壞直接影響到電池的初期容量和循環(huán)壽命，化成不足將造成電池初期容量不合格，化成過度將降低電池的循環(huán)壽命。

　　目前電動自行車用閥控式密封鉛酸蓄電池的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)量不斷擴大，由于環(huán)保的要求，絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家已經(jīng)從最初的槽化成改造為電池化成，采用的工藝一般為三充兩放和四充三放，化成時間一般在100h以上，最長的達到130h左右，因此化成已經(jīng)成為電池制造過程中時間最長、占用廠房池的化成中，并測試了電池的循環(huán)壽命等方面的性能。

　　一、慢脈沖化成的主要特點

　　由于在化成過程中采用慢脈沖，可以縮短化成時間，提高生產(chǎn)效率，12V10Ah的電池化成完畢只需要70多小時，比常規(guī)的化成工藝節(jié)省了30h以上的時間。分階段恒流充電的主要問題在于充電過程中會產(chǎn)生大量的氣體，從而延緩了硫酸和水在鉛膏孔隙中的擴散，同時產(chǎn)生的氣體會把液體排出鉛膏孔隙，進入隔板，如果產(chǎn)生很多氣體會引起酸飛濺，許多電解液會進入電池上端或排出電池，這嚴重影響了化成效率；而慢脈沖化成過程中采用了多步間歇步聚，可以大大減少析氣量，使硫酸和水有充足的時間擴散到極板的內部，減少了化成時電解液的濃差極化，因此化成效率比較高。

　　采用分階段恒流充電時由于電池的內阻較大會放出大量的熱，因而電流值不能很大，一般不超過0.3C；而慢脈沖有利于消除電池的電阻極化，從而減少熱量的產(chǎn)生，因此可以采用較大幅值的脈沖電流。

　　采用較大的脈沖電流可以提高正極板的活性物質與界面的電導和機械強度，從而保證了正極板的活性物質及界面的均一緊密結構，有利于提高電池的循環(huán)壽命。

　　二、實驗

　　1、化成

　　將同一廠家生產(chǎn)的同一批次的生極板裝配的12V10Ah的電池放在水槽中，灌入1.25g/cm3的硫酸（內加15g/L的硫酸鈉），單格灌酸量為125ml，灌酸2h后接通電源開始化成，分別進行普通的三充兩放的化成和慢脈沖化成。化成過程中電池表面的溫度采用Model PT-305紅外溫度測試儀測量。慢脈沖化成所用的儀器為張家港市中恒電源有限公司生產(chǎn)的ZH-μCMKC型320V20A的高頻大功率慢脈沖充電電源，脈沖面積最大的工序。如何縮短化成時間，提高生產(chǎn)效率一直是鉛蓄電池生產(chǎn)廠家十分關注的問題，本文采用慢脈沖化成技術應用于電動自行車用鉛酸電周期為1.6s，正脈沖時間為1.28s，間歇時間為0.32s，記錄化成過程中電池的端電壓變化。

　　2、化成后正極板PbO2含量測量和電解液密度測量

　　化成結束后，分別解剖兩種化成制式的電池各一只，正極板用流動的水沖洗至中性，然后在60℃的烘箱中干燥24h，沿對角線方向取下活性物質測量PbO2的含量。將隔板中的酸擠到燒杯中，過濾后，用移液管取一定體積的酸進行稱重，從而得到電解液的密度。

　　3、化成后電池的循環(huán)壽命測量

　　分別取1只普通化成方式的電池和1只脈沖化成方式的電池在25℃的環(huán)境中，以5A放電至10.5V，然后以14.8V，1.8A充電10h，這樣構成一次循環(huán)，當電池放電容量低于8Ah時壽命實驗結束，循環(huán)壽命測試所用的設備為美國Arbin公司的154519-A充放電測試儀。

　　三、結果和討論

　　1、化成中電池溫度和端電壓的測量

　　采用普通化成方式的電池在化成過程中電池表面的溫升比較大，最高溫度達到了55℃，所以在化成過程中需要更換冷卻水，最高充電電壓達到了16.85V，析氣比較嚴重，整個化成時間為106h，充入電量為88Ah。

　　采用慢脈沖化成方式的電池在化成過程中電池表面的溫升比較小，最高溫度只有45℃，最高充電電壓只有16.41V，析氣比較緩和，整個化成時間為76h，充入電量為78Ah。

　　2、化成后正極板PbO2含量的測量和電解液密摩的測量

　　化成后經(jīng)過水洗和干燥后的正極板表面呈現(xiàn)暗褐色，且色澤均勻，外表無白斑存在，極板中的二氧化鉛含量均在80％以上，化成后的電解液密度為1.32g/cm3。

　　3、化成后電池的100％DOD循環(huán)壽命測量

　　采用普通化成方式和慢脈沖化成方式電池的循環(huán)壽命曲線如圖3、圖4所示，采用普通化成方式的電池循環(huán)了247次，而采用慢脈沖化成方式的循環(huán)了273次，由此可見，采用慢脈沖化成方式的電池具有相對較高的循環(huán)壽命。

　　4、結論
　　采用慢脈沖化成可以縮短化成時間，提高生產(chǎn)效率，比常規(guī)的電池化成節(jié)省30h左右的時間；

　　慢脈沖化成過程中采用了多步的間歇步驟，減少了電池的濃差極化和電阻極化，電池的最高電壓，析氣量和溫升均小于普通化成方式的電池，化成效率較高；

　　兩種化成方式的正極板中的二氧化鉛含量基本相當，都在80％以上；

　　慢脈沖化成的電池具有相對較高的循環(huán)壽命，其100％DOD循環(huán)壽命達到了273次。