提高铅酸蓄电池循环寿命的研究
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提高铅酸蓄电池循环寿命的研究闫新华,刘金刚,钟细进(深圳市今星光实业有限公司,广东深圳 518118)摘要:通过对不同极板厚度、不同电解液密度的铅酸蓄电池的初期容量、国标循环寿命和不同限压值的恒流限压充电对循环寿命的研究,以及对寿命终止电池的解剖分析,得出结论:适当增加正极板厚度,降低电解液密度,选择最佳的恒流限压充电的限压值能够提高电池的循环寿命。
关键词:极板厚度 初期容量 循环寿命 恒流限压充电中图分类号:T M91211 文献标识码:B 文章编号:1006-0847(2006)03-0111-03Studies on improving the cycling life of lead 2acid batteriesY AN X in 2hua ,LI U Jin 2gang ,ZH ONG X i 2jin(Shenzhen Sunnyway Battery Tech Co.,Ltd.,Shenzhen ,Guangdong 518118,China )Abstract :Based on a series of studies and analysis in regard to the initial capacity ,cycling life and charging alg orithms for lead 2acid bateeries ,it was found that the cycling life of lead 2acid batteries could be extended by means of the following approaches :increasing the thickness of positive plate properly ,lowering the electrolyte density and selecting the optimum v oltage 2limit value for charge at constant current and limited v oltage.K ey w ords :plate thickness ;lead 2acid battery ,cycling life ;charge at constant current and limited v oltage 收稿日期:2006-03-151 前言在铅酸蓄电池市场,随着欧美等老牌电池生产企业巨大的成本压力以及近两年来国际铅价的持续上涨,使得世界知名的公司都纷纷转向中国建厂,或者干脆来中国购买电池进行贴牌销售。
而这种大潮流,在带给国内企业可观利润的同时,也由于国内部分企业的产品质量问题给自身带来了毁灭性的打击。
而国内部分企业产品质量与国外知名企业的显著差别,主要就是电池使用寿命尤其是循环使用寿命达不到要求。
铅酸蓄电池的寿命终止,多为容量不足,而对于小密电池来说,其循环寿命更是其众多指标中的关键指标。
对于阀控铅酸蓄电池,延长电池循环寿命的公认理论是铅膏配方中增加长效添加剂、采用高锡低钙合金[1],极板高温固化[2],提高装配压力[3]等,但即使以上措施都采取,也很难说生产出的电池寿命就能达到国外电池的水平。
尤其是随着成本压力的增加,很多国内中小企业,为了降低生产成本,提高电池的大电流放电性能,不断地降低电池的极板厚度和增加电解液的密度。
此法对于电池的整体性能尤其是循环性能来说无疑是杀鸡取卵的方法。
我公司在近10年的针对国外市场的产品研发、生产和销售过程中,积累了一些经验来提高电池的循环寿命。
本项目的研究重点即是在上述各项延长电池循环寿命的措施都采取的情况下,重点研究电池正负极板厚度、电解液密度和不同充电条件对电池初期容量、国标循环寿命和1小时率100%DOD 循环寿命的影响。
2 试验内容针对以上研究内容,我们采用两种极板厚度的电池结构,配合4种电解液密度,制作12V —7Ah 电池进行各项性能试验。
提高铅酸蓄电池循环寿命的研究交流与探讨 211 电池制造电池制造采用3正4负(正极板厚度为316 mm)、4正5负(正极板厚度为218mm)两种结构装配,铅膏配方为今星光公司长寿命铅膏配方,极板为槽化成工艺生产,电池装配后分别加1127、1129、1131、1133四种密度的电解液,加酸量控制单体内有效酸量一样。
电池按照工艺初充电完成后测试电池重量和内阻,两种结构电池的重量分别约为2160kg和2145kg,内阻分别约为19mΩ和17 mΩ。
之后分别测试各类电池的初期容量和两种循环寿命,为清楚表示各类正交试验电池的特点和试验项目,各电池正交试验情况列于下表1。
表1 各类正交试验方案电池特点11271129113111333正4负A1B1国际A1B2国际LV A1B3国际LV A1B4国际4正5负A2B1A2B2国际LV A2B3国际LV A2B4 注: 1.上表中AB代号表示本项目试验中各类电池的代号;2.电池初期容量测试所有各类电池,国标和LV分别代表两类循环寿命测试的电池类别。
212 初期性能测试上表l中各类电池制作完成后,分别测试各类电池20小时率和3C容量,作为电池初期容量进行比较考核。
213 国标循环寿命电池经过初期容量测试合格后,按照小型阀控密封式铅酸蓄电池国家标准(标准代号为G B/ T19639111—2005)5118寿命试验方法[4]测试上表1中6类电池的寿命。
214 恒流限压(LV)寿命试验根据上面各类电池的两项试验情况,采用不同的恒流限压充电方法测试上表1中4类电池的1小时率放电100%DOD循环寿命。
215 电池解剖分析将上一步中寿命终止的电池解剖,采用化学方法分析正负极活性物质含量、负极硫酸铅含量以及酸密度等,并确定电池寿命终止的原因。
3 试验结果分析讨论311 电池初期性能试验电池制作完成后,对各类电池分别任意取3只按照国标方法测试电池的20小时率放电和3C放电数据,对3只电池的放电数据取平均值做成下表2。
表2 各类电池初期性能测试数据/h(min)电池类别A1B1A2B1A1B2A2B2A1B3A2B3A1B4A2B420小时率2011220135211572118722123221512314323176 3C71328117911791399186101131016710193 由上表2中数据可以看出:各类电池,放电测试都能够达到国家标准要求的20小时率放电20h 和3C放电7min的要求。
但是,随着极板减薄、电解液密度增加,不论是20小时率容量还是3C容量,都呈增长趋势,尤其是3C放电时间增加的更加明显。
312 国标循环寿命根据各类电池初期容量的测试情况,采用小型阀控铅酸蓄电池国家标准中5118条所规定的电池循环寿命测试方法对3正4负极板结构的4种酸液密度的电池和4正5负极板结构的1129和1131两种酸液密度的电池,各2只进行循环寿命试验。
试验数据见下表3。
表3 各类电池国标寿命数据/次电池类型A1B1—1#A1B1—2#A1B2—1#A1B2—2#A1B3—1#A183—2#寿命次数850825725700625650电池类型A1B4—1#A1B4—2#A2B2—1#A2B2—2#A2B3—1#A2B3—2#寿命次数450475575600450475 为了清楚电解液密度和极板厚度等对电池循环寿命的影响,将上表中数据分类后分别作图1(3正4负结构电池国标循环寿命随电解液不同的影响)和图2(不同极板结构电池循环寿命的影响)。
图1 电解液密度对电池国标寿命影响由表3、图1和图2可知:上述各类电池的国标循环寿命都大于标准中300次的要求。
但是随着电解液比重的增加和极板厚度的减薄,电池循环寿命呈明显下降趋势。
交流与探讨提高铅酸蓄电池循环寿命的研究 图2 不同极板厚度电池国标循环寿命曲线313 恒流限压(LV)寿命试验根据上述各项试验的情况,取3正4负极板结构,酸密度分别为1129和1131的A1B2和A1B3两类电池进行1小时率的100%DOD寿命试验。
充电方法为恒流限压,恒流值为0115C,限压值分别为1412V/只,1415V/只和1418V/只。
每一类电池每一种充电方法测试3只电池。
试验结束后将3只电池的循环次数取平均值列于下表4中。
表4 电池恒流限压寿命试验数据电池类型A1B2A1B3限压值1412V1415V1418V1412V1415V1418V循环次数387325263216323237 由上表数据可以看出:对于电解液密度为1129的电池来说,随着充电限压值的逐步增大,电池循环寿命逐步减小,采用1412V/只的限压值充电,循环寿命最长。
而对于电解液密度为113l 的电池来说,则是采用1415V/只限压值充电的电池寿命最长,采用其他两个限压值充电的电池寿命明显少得多。
314 电池解剖分析表5 寿命终止电池解剖分析电池类型A1B2A1B3(限压值)1412V1415V1418V1412V1415V1418V 正极Pb02%971459812397196931279715998183负极Pb%931839412394176791289118392169负极PbS O4%4116312731161817551235127电解液密度1133l1351140112811321135电池失效原因正极泥化板栅腐蚀正极泥化正极泥化失水负极硫酸盐化正极泥化板栅腐蚀正极泥化 将进行LV试验的各组电池寿命终止后,各取有代表性的电池一只,解剖分析正负极活性物质含量、负极硫酸铅含量和隔膜内电解液密度等,并初步确定电池失效原因。
具体情况见下表5。
由上表5中的分析并结合表4中的循环寿命数据可以得出结论:对于酸液密度为1129的电池,循环寿命终止的原因主要是充电过程中正极活性物质泥化、正极板栅腐蚀和失水等,充电过程电池失水的同时也引起了电解液密度的提高。
而对于酸液密度为l131的电池,现象和趋势基本相同,只是采用1412V/只充电时易导致电池充电不足,出现负极硫酸盐化现象。
4 结论通过对不同极板厚度、添加不同密度电解液的电池进行初期容量、国标循环寿命和不同恒流限压充电控制条件下的循环寿命试验以及对循环寿命终止电池的解剖分析,得出如下结论:电池极板越厚,电解液密度越低,电池的初期容量相对越低,尤其是大电流放电性能降低的更加明显,但是电池的循环寿命则明显延长。
对于一定电解液密度的电池,合理选择恒流限压充电的限压值,能够避免电池的负极硫酸盐化和正极泥化,延长电池循环寿命。
参考文献:[1] 孔德龙等1提高阀控铅酸蓄电池充电接收能力的研究[J].蓄电池,2001(4):12～151[2] 闫新华1铅酸蓄电池固化条件的研究[J].蓄电池,2001(4):9～11[3] 包有富1影响阀控铅酸蓄电池深循环寿命的因素[J].电源技术,2001(4)[4] G B/T1963911—2005小型阀控式铅酸蓄电池国家标准通 知中国电工技术学会铅酸蓄电池专业委员会第十届学术年会拟于2006年11月下旬召开。
