VRLA电池装配压力的探讨.doc

VRLA电池装配压力的探讨胡工 (泉州市圣能电源科技有限公司 福建泉州 362442)摘要：通过对VRLA电池装配压力的分析比较，发现装配压力对电池寿命的影响。试验的结果也表明，装配压力不一样其电池的充放电循环寿命也不同。VRLA电池的装配压力如果过松，也是影响电池使用寿命的原因之一。关键词：VRLA电池；装配压力；寿命VRLA battery assembly of the pressureHu jie(St. can Fujian Province, Quanzhou City Power Technology Co., Ltd., Quanzhou, Fujian Province 362400)Abstract：The VRLA battery assembly of the pressure analysis and found that the pressure on the assembly battery life. Test results show that the assembly does not like the pressure of the battery charge and discharge cycle life are also different. VRLA battery assembly of the pressure off if the song is also affected battery life of one of the reasons why.Key words：VRLA battery； assembly pressure；life1 前言固定型阀控密封式铅酸蓄电池(VRLA)应用领域越来越广。提高电池的使用性能，延长电池的使用寿命也是对国家倡导循环经济和节约型社会的响应。纵观目前市场上使用的VRLA电池，特别是UPS备用电源上使用的电池，都不同程度地存在着寿命短的问题。对于浮充使用的蓄电池而言，其寿命的表征是在整个浮充使用年限内的容量保证，然而有些蓄电池还没有到使用年限而容量所剩无几。虽然这里面有诸多原因，但由于装配压力过松而引起的氧复合效率降低，使充电接受能力受阻，导致蓄电池使用寿命缩短也是原因之一。我们在实例中发现，装配压力过松的蓄电池中，充电时往往会有游离的电解液(富液态)存在，紧装配压力的蓄电池在整个充电周期没有游离的电解液(贫液态)。我们知道阀控电池的重要原理之一就是在电池中使用有限量的电解液(贫液态)，氧被复合的速率才会显著提高，如果电解液呈富液态，其氧被复合的速率大大降低，在充电末期氧化还原反应停止，使活性物质不可逆造成寿命缩短。蓄电池在充电末期时，在正极上进行的氧化反应有两个： PbSO4+2H2OPbO2+HSO4-+3H+ 2H2OO2+4H+4e在负极上进行的还原反应有两个： PbSO4+H+2ePb+HSO4- 2H+2eH2正因为装配压力过松的蓄电池有富液态电解液现象，所以蓄电池在充电末期有充电不足问题的存在，长期充电不足必然导致蓄电池硫酸盐化的积累，最终使蓄电池寿命缩短。为什么会有装配压力过松的现象呢？一些中小企业为了降低成本使用生产压力不合格的AGM隔板(一般AGM隔板的生产压力为100kPa)，导致装配压力不合格。另外，由于有些企业考虑到生产效率和工人也不重视电池的装配压力，因为装配压力过大，工人装配起来比较吃力，生产效率就低，所以中小企业生产的VRLA电池或多或少存在着由于装配压力不够造成寿命缩短的问题。2 试验用中密12V65Ah电池为例进行试验探讨。电池槽尺寸：L350W167H178mm (单格有效尺寸：L158W51H138mm)，材质ABS塑料；极板：福建安溪闽华公司B13Ah铅钙极板；AGM隔板：浙江丽水浙南公司隔板100kPa压力测厚。根据中大密VRLA电池的AGM隔板厚度选择，用名义厚度压缩1020计算。小密VRLA电池的AGM隔板厚度选择，用名义厚度压缩1525计算(均为100kPa压力测厚)1。我们选择压缩5和15两种进行试验。 B13Ah极板参数：正极板高110宽146厚2.9mm；负极板高110宽146厚2.1mm。65Ah电池槽单格有效宽度：底部宽48mm、上部宽50mm，选择49mm(48+50/2=49)。单格极板片数：正极板5片、负极板6片。计算单格极板间的距离为2.19mm。计算方法： 正极板5片2.9=14.5 mm；负极板6片2.1=12.6 mm；正、负极板总厚度14.5 +12.6=27.1mm。单格正5片加负6片装配方式，正负极板间共有10格间隙。所以，(49-27.1=21.9)10=2.19mm。选择压缩5时，AGM隔板厚度：2.30mm(2.190.95=2.30)，包极板时选择1591.15mm隔板连续包片。选择压缩15时，AGM隔板厚度：2.58mm(2.190.85=2.58)，包极板时选择1591.29mm隔板连续包片。其他装配工艺按正常工艺进行。电解液密度1.30g/cm3，加0.8%的Na2SO4。电池经过正常的初充电程序(三充二放制式)后，进行试验对比。两种装配压力的电池各取1只(编号A、B)。按下列模式进行测试：a. 放电：C3(A)电流16.3A，放电至10.5V终止；b. 充电：C10(A)电流6.5A，充电至14.8V转14.8V恒压充电10h；c. 试验结束条件：C3容量36Ah；d. 试验环境温度：2228；c. 试验设备：张家港金帆电源公司 C-ZS-30A/50A/18V 蓄电池综合性能测试仪。比较数据见表1。表 1 两种装配压力的电池试验数据比较 编 号参 数A电池 (5%装配压力)B电池 (15%装配压力)电池重量(kg)21.320.5最终吸酸量(ml/格)696643第1次C3容量(Ah)55.353.1第10次C3容量(Ah)52.551.4第50次C3容量(Ah) 50.9 50.3第100次C3容量(Ah) 49.4 49.3第200次C3容量(Ah) 46.4 48.1第250次C3容量(Ah) 38.9 46.7第263次C3容量(Ah) 34.6 44.4第347次C3容量(Ah) - 37.13试验结果讨论试验结果表明两种装配压力的电池其循环寿命存在明显差异。一个有趣的现象是松装配压力(A电池)电池初容量略大于紧装配(B电池)压力电池的初容量。这是因为A电池的饱和吸酸量(呈富液态)10.7ml/Ah多于B电池的饱和吸酸量9.9ml/Ah(呈贫液态)。随着充放电循环的增加A电池容量衰减明显大于B电池。按常规饱和吸酸量10ml/Ah应该符合要求。但实际饱和吸酸量与装配压力有很大关系。隔板饱和度又直接影响氧分压和复合电流2。A电池的饱和度达到100%以上，B电池的饱和度达到96%。通过对A、B电池的充电数据分析，A电池充到14.8V时充入放出容量的88%，再恒压充10h，两次充入量是放出容量的100%，100次循环后充入量逐步减少；B电池充到14.8V时充入放出容量的92%，再恒压充10h，两次充入量是放出容量的104%，100次循环后充入量稳定。A电池充放电比为1:1.00，B电池充放电比为1:1.04。显然B电池的充电接受能力好于A电池。为什么装配压力不一会产生这种现象？我们知道VRLA电池的最大特点是阴极吸收。氧在铅电极上还原反应的速率远比氢的氧化反应速率要高，氧的阴极吸收是不成问题的。相应“氧的传输”是技术的关键。只有阴极顺利吸收到氧复和成水，负极板的还原反应才彻底。所以AGM隔板吸酸饱和度控制在95%98%就是为了让出氧的传输渠道，使氧被复合的速率才得到保证。A电池的饱和度太大造成氧的传输渠道受阻，在充电末期负极板氧复合不彻底使硫酸铅溶解度降低，充电接受能力下降，造成负极板不可逆硫酸盐化。最后在解剖该电池化验极板物质时也证明了这一点。A、B电池寿命终止后解剖，取出正负极板烘干，进行分析化验。数据见表2。表 2 极板分析、化验数据 编 号物 质A电池 (5%装配压力)B电池 (15%装配压力)正极板负极板正极板负极板PbO2 (%)78.05-64.51-Pb (%)-35.21-48.21PbO (%)-23.85-17.42PbSO2 (%)12.6133.8523.4627.44H2O (%)3.540.335.130.35(分析数据为参考值)。另外，电池在放电后期电解液密度减小，接触电阻系数增大，有效物质变为PbSO4。如果电池是紧装配其接触电阻系数稍小，可延缓有效物质变为PbSO4的速率，使电池寿命延长3。4 结束语从以上的试验与分析中，得出了装配压力对VRLA电池使用寿命的影响。如果使用劣质隔板和盲目地提高生产效率，使电池松装配出厂后达不到使用年限而退货，那真是得不尝失。企业如果购买自动压力装槽机就可以解决紧装配问题且能提高生产效率。行业内对VRLA电池的装配压力一直都比较重视。压缩比5%40%，最好取15%20%。密封型、贫液式、紧装配是制造VRLA电池的三大要素，也是保证电池装配质量的关键。如果违背这三大要素生产出来的电池，其质量会大大折扣。中文名称：浓差极化 英文名称：concentration polarization 定义：电极上有电流通过时，电极表面附近的反应物或产物浓度变化引起的极化。 电流通过电池或电解池时，如整个电极过程为电解质的扩散和对流等过程所控制，则在两极附近的电解质浓度与溶液本体就有差异，使阳极和阴极的电极电位与平衡电极电位发生偏离，这种现象称为“浓差极化”。当蓄电池有电流通过，使电极偏离了平衡电极电位的现象，称为电极极化