隔板对起动型铅酸蓄电池低温性能影响的探讨

1、PE隔板对起动型铅酸蓄电池低温性能影响的探讨王增海1 赵 宇2 付卧忠2 陆长江1(1.张家口保胜能源科技有限公司 河北张家口； 2.包头黄河高新塑材股份有限公司 内蒙古包头)1、前言众所周知，铅酸蓄电池隔板发展经历了从木质隔板到橡胶隔板、PVC、玻璃纤维隔板至现在的PE隔板的历程。从中我们不难看出，隔板的发展也顺应了铅酸蓄电池的发展要求（降低蓄电池的内阻、提高低温起动性能和减小蓄电池的体积）。从表一中我们可以对几种隔板的性能进行比较，PE隔板具有可制袋、孔径小、孔隙率高、电阻低的特点。表一 不同隔板材料的性能差异 橡胶木纤维PVCPE玻璃纤维可制袋性很差很差差很好很差电阻差差差好好孔隙率好好

2、差很好很好最大孔径好差好很好差抗短路性好差差很好差耐氧化性差差好好很好低温起动性能好好差很好好这些特性增加了蓄电池的体积比能量，提高了蓄电池的低温起动性能，在起动型铅酸蓄电池领域,PE隔板在国外发达国家的使用率达到90%以上。在国内经过近10年的发展，尤其是在免维护蓄电池中已经逐渐占据主流市场。下面简单介绍一下PE隔板对起动型铅酸蓄电池低温性能影响的试验情况。2、试验过程21 影响铅酸蓄电池低温起动的因素很多，主要因素包括极板结构、负极配方、电解液、隔板等。我们首先进行了低温负极配方的研制，共设计了四种负极配方，进行了综合性能对比试验，从中选取了一种较好低温配方，制成同型号电池，进行了不同隔板

3、的同步对比试验。2.2 电池装配2.21电池型号：6-QA-40222极板片数：+5片/单格 -5片/单格223电池数量：共12只，其中低温铅膏配方电池PE、PVC、PP、10G复合隔板各2只，普通配方电池PE、PVC电池各2只，正极板完全相同。23电性能测试231性能检测 测试电池共6只，其中PE、PVC、PP、10G复合隔板各1只。普通配方PE、PVC电池各1只。性能实验主要进行20小时率容量和低温起动能力试验。低温起动能力试验，是将电池在低温箱中冷冻4046小时，从低温箱中取出，在1分钟内以额定电流开始放电，所记温度为电池中间单格电液温度。不同隔板电池测试结果见表二电池编号隔板类型20小

4、时率容量*低温起动能力*电池干重（kg）一次二次时间（时、分）室温（）时间（时分）室温（）时间（秒）液温（）低温1PE21h 31 min 12- - -134-378.8低温210G复合20h 25min12- - -139-378.85低温3PVC18h 7min1520h 27min1586-378.89低温4PP18h 30min1520h 18min1565-378.7普通5PE21h 15min15- - -74-379.1普通6PVC20h 44min* 放电电流2A，终止电压：10.5V；* 放电电流160A，终止电压6V。232常温起动放电曲线：见图一233低温-18起动放电

5、曲线：见图二233低温-37起动放电曲线：见图三、图四24数据分析：2.4.1 从图一、图二、图三放电曲线对比可以看出，PE隔板与PVC隔板相比，放电温度越低，PE隔板的优势越明显，在常温25起动放电，PE隔板较PVC隔板电池10秒电压高0.37V，放电时间相差很少；低温-18起动放电，PE隔板较PVC隔板电池10秒电压高0.5V；低温-37起动放电，PE隔板较PVC隔板电池10秒电压高1.5V，放电时间长40%45%。2.4.2 由图四放电曲线可以看出，在低温情况下起动放电性能，PE隔板优于10G复合隔板和PP隔板，更优于PVC隔板。3、关注点通过多年的生产和使用及对一些现象的收集，我们认为

6、PE隔板在使用过程中主要有以下两点需要关注。3.1使用和化成时出现黑色油污铅酸蓄电池在化成或者长时间使用时会出现黑色油污污染电眼，使得电眼无法正常显示电解液状态。 这个问题是每一个PE隔板制造企业都要面临的问题。PE隔板的制造原理：隔板中的填料二氧化硅通过混料系统和PE实现均匀的混合，同时吸附了大量的油，隔板挤出成型后，通过萃取剂进行提油，这部分油所占据的空间就形成了微孔，最终成型的隔板油含量在14%左右。PE隔板使用时，长时间在硫酸中浸泡，隔板中的部分油性物质被浸出，充电过程中产生的气体将油性物质从液体带出，扩散到电眼和排气孔。对于上述问题我们从以下两个方面进行了试验：3.1.1不同生产厂家

7、PE隔板的冒油情况分析实验方法是将A、B、C三家的PE隔板制成160*135*1.0mm的12个袋子，分别单独包封正极板装进蓄电池的两格（如图五），表面覆盖干净的AGM隔板，用来吸附电池充放电过程中冒出的油。电池在25条件下，2A充电12小时，3A充电36小时后用2A电流放电24小时，两个循环后观察玻璃纤维隔板表面的变化。实验结果可以见图六。 图五 图六 从图中可以看出，玻璃纤维表面全部变黑，但程度并不相同。3.1.2在电池中析出的油的质量分析我们取上述A、B、C三家的PE隔板，装电池化成后，取电解液表面析出的油性物质，通过红外光谱法进行组份分析，分析结果见下图七：CPqD Amostra A

8、 0,02 0,04 0,06 0,08 Abs CPqD Amostra B 0,02 0,04 0,06 0,08 Abs CPqD Amostra C 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Abs 1000 2000 3000 Wavenumbers (cm-1) 图七从图七可以看出，几种油的组份几乎完全相同。小结：a、 PE隔板在电池化成或长时间使用时都会有油性物质析出；b、 在油组份相同的条件下，析出油性物质的量稍有不同；c、 黑色油性物质的析出，在使用中除对电眼污染外，未发现对蓄电池充放电性能的影响。3.2、个别蓄电池隔板使用后期出现老化穿孔现象在铅酸蓄电池的使用过程中，蓄电池厂

9、总会接到极个别的退货，通过对电池的解剖，其中原因众多。收集其中发生在PE隔板方面的问题进行分析研究。PE隔板除机械损伤外，老化穿孔是常见现象之一：解剖后的隔板朝向正极的一面被白色物质覆盖并且不同程度地发生穿孔，在孔的周围隔板变脆、变白。（见图八、图九） 图 八 图九原因分析：产生这个现象的原因为氧化腐蚀和枝晶穿透。在蓄电池使用过程中，由于种种原因硫酸铅晶体穿透PE隔板，造成短路并产生局部高温作用，将隔板组份中的聚乙烯、工艺油等有机物全部氧化，残余的白色物质是二氧化硅。隔板穿透的原因很多如金属杂质、枝晶的增长、过放电、隔板孔径大等，我们只对常见的一种原因金属杂质进行了研究探讨。我们取了产生上述现

10、象的隔板和未使用过的隔板进行微量元素分析（样品编号见表三），委托中国兵器工业金属材料理化检测中心完成。实验方法是将样品切成1×1cm的小块，在1：1的硝酸中煮15分钟后，取硝酸液体采用等离子光谱进行分析，检测结果见表四。表三 样品编号样品编号1#2#3#样品规格160×1.0×0.25160×1.0×0.25160×1.0×0.25样品状态末使用使用后穿孔使用后穿孔表四 等离子光谱检测结果 单位：%编号及名称CuFeMnNi1#0.00020.00480.00010.00022#0.00040.00420.00640.000

11、13#0.00060.0120.00280.0002可以从分析结果中看出，相比1#样品而言，2#样品Cu和Mn元素含量较高,3#样品Cu、Fe和Mn元素含量较高，而且与原始样品差距极大。蓄电池中的杂质金属元素包括Mn、Fe、Cu等，其来源可能从电解液、合金、隔板中来。杂质金属元素含量高会造成蓄电池的自放电，促进了大粒径PbSO4晶体的生长，长时间的作用后，电池容量下降，并且会产生枝晶穿透。尤其是杂质中的高价Mn离子，具有强氧化性，在温度的促使下，加速隔板氧化腐蚀使其穿孔，危害极大。4、问题讨论为何出现上述关注点现象，经上述试验证明均是Mn、Fe、Cu等杂质金属元素含量高造成，其来源主要从电解液、合金、隔板中来。就PE隔板的使用而言，为何富液免维护电池要远远好于干荷电铅酸蓄电池呢？我们主要认为富液免维护蓄电池全部是生产厂家带液出厂，电解液的质量有保证；而干荷电电池全部是用户加液，电解液质量无保证，电解液市场杂乱，相当一部分是以自来水和工业硫酸配制而成，从而使杂质带入电解液的几率更大。5、结论5.1 PE隔板与PVC隔板相比，放电温度越低，PE隔板的优势越明显。5.2 在低温情况下起动放电性能，PE隔板优于10G复合隔