《铅酸蓄电池两种化成工艺的简述和比较.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铅酸蓄电池两种化成工艺的简述和比较.docx（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、目录摘要11 前 言12 槽化成12.1 不焊接化成22.2 焊接化成22.3 化成充电32.4 化成电解液密度的确定32.5 化成电流控制33 电池化成33.1 电池化成细节43.2 电池化成的优缺点54 结束语5参考文献50铅酸蓄电池两种化成工艺的简述和比较李越南摘 要: 在铅酸蓄电池的生产过程中，极板化成是一个关键环节，在这工序中将完成非活性物质铅膏向荷电活性物质的转变, 使正、负极板达到所期望的荷电状态, 即有预期的电极电位正极板、负极板。这一工序好坏是决定电池性能，本文主要就电池的两种化成工艺，也即槽化成和内化成，加以简单的探讨。关键词: 铅酸蓄电池；槽化成；电池化成1. 前言国内的
2、化成工序应该说仍以极板化成（即外化成，也叫槽式化成）为主, 这主要是市场周转慢, 企业更倾向干荷电产品的使用，该类电池出厂时为密封不荷酸状态，存放期要比其它电池长得多，使用时只需加入配好的硫酸电解液即可使用。近些年，随着密封型蓄电池的出现、汽车厂协作配套的加强、电动助力车行业的异军突起和环境问题的日益为人们所意识到, “电池化成（即内化成）”快速兴起, 有替代极板化成的趋势；然而就目前而言，国内的电池内化成工艺仍是不成熟的，享有该技术还是国内几家资金雄厚和研发实力强的大型企业，且处于寡占状态；其次是电池内化成生产出来的电池产品，容易产生PCL现象（即早期容量损失），工艺技术仍有待深入研究；另外
3、电池化成需投入相应的配套生产设备和管控设备，除了技术原因之外，成本更是企业决定产品开发与否的考虑因素。笔者结合自身多年的工作经验，简单探讨一下化成两种工艺，不当之处还请读者指正。2 槽化成如化成生产工艺流程图（图2-1）所示，槽化成又可细分为焊接化成和不焊接化成。极板化成生产工艺流程图如下2-1。5图如下2-1极板化成生产工艺流程2.1. 不焊接化成将正、负极相间地插入化成槽内，相同极性的极板排在同一边，形成多极板的正、负极群进行充电化成。化成结束，取出极板，用水洗涤极板的残留酸液， 然后转入相应环境进行干燥。不焊接化成在极板化成的生产中，不焊接化成工艺以劳动强度低和生产效率高的优点而被普遍采
4、用，但不焊接化成工艺生产的同批极板之间的质量差异比焊接化成工艺的要大，而且普遍。极板质量不一致主要表现在正板。极板化成完，会发现同批甚至同一化成槽中极板质量的不一致：化成过程，同槽并联的化成极板，会出现冒气泡不同， 通过量测电压，其实测值也不一致。正极板的外观色泽从黑褐色到浅黑色的差异，出槽时能见到白色的花板，有内黑外白和内外全白的白板。将外观符合要求色泽有差异的极板或同槽测得电压不同的极板，进行转化率测试，转化效果相差能大于 10以上。将有质量差异的极板，进行电池组装，容量测试结果与正常极板组装的电池容量进行对比，电池开路电压和额定容量一致性较差，特别是白板组装成的电池，电压还会明显偏高。不
5、焊接化成，极板的质量差异普遍存在，容易出现不合格板，最易出现花白板，也就是转化率和极板表观问题。现场通常采用的补救措施有，转化率不达标的极板，适当的增加化成电量，延长化成时间；而花白板，先进行挑选、收集和集中再化成。产生质量差异和白板的主要原因是，化成中的极板耳部与化成槽内的导棒接触电阻有关。化成时，正、负极板的耳部分别搭在化成槽内的正极导电棒和负板导电棒上。由于极板耳部与导电棒接触面积和压力不一，从而造成接触电阻的不一。在整个化成过程，问题会有增无减。因为化成的开始阶段，正板上活物质因化成反应，一方面生成 PbO2，另一方面通过化学反应生成 PbSO4； 负板上活物质一方面因化成反应生成海棉
6、状Pb，另一方面通过化学反应生成PbSO4。与电解液接触的极板表面反应更加顺利。根据板册结构和化成的机理可知，极板化成过程是从铅膏内部向外扩展。当化成到一定时间，正极板表面全部为白色 PbSO4 层。由物质的电阻排列顺序：Pb 海棉状 Pb PbO2 PbO PbSO4 可以看出，PbSO4 电阻最大。随着电化学的进行，电接触面不紧密，而使导电接触面积减少，氧化面积增加，同一单元槽内，极板间导电性也减少，开始接触电阻稍大的极板发生化成滞后，活物质反应不完全，或者最终导致花白板，接触面电阻再大一些的出现内黑外白的白板，化成导电接触面似接实非接触的便是内外全白的白板。因些化成一开始时极板与导电棒的
7、电接触是关键。根据极板化成中充电接收情况和充电效率，合理的安排不同电流的分阶段 (初始电流小，中间大电流，快结整束时，降低电流)化成，使化成充电效率提高，总的充电安时量可以减少，生产消耗电能减少，降低本。即解决了极板与导电棒间的电接触问题， 又取得了节能减排效果。2. 2 焊接化成焊接化成又称装配槽化成，即将正、负极相间地排列后，装配成两个半电池放入盛有大量电解液（电解液一般比重为1.041.18g/ml)的化成槽进行充电化成，化成结束后，将整组电池移出化成槽，洗涤极群，在无氧条件下干燥，干燥后的极群组再装入电池槽后成为下线电池，这是生产干荷电电池的主要方式。焊接化成除了一般常见化成问题（转化
8、率不良和花白板）外，仍需要关注的问题是焊接不良，在焊接过程中，因作业员点焊接速度过快，熟练度和经验等压原因，出现极板耳部与导电棒的点焊不均，导致每个焊点的接触电阻大小不一， 甚至出现虚焊现象，从而导致后期极板化成不良。2. 3 化成充电极板的充电量直接影响到铅酸蓄电池企业的耗电指标，因生产过程担心极板化成不透，故一味地采用过充电的办法，导致化成未端，大量的电能仅仅用于水解，造成能源的浪费、增加酸务的排放，因此，需制定合理的化成充电电量标准。理论法确定化成电量：即按法拉第定律来计算化成安时数。由定律可知，1Ah 的电量，理论上可转化 4.463g 的 PbO2 和 3.866g 海棉状 Pb。因
9、电池的设计，电池寿命主要取决于正板，正板的活物质一般设计过量，所以化成电量也取决于正板来计算。在化成过程中，由于极板与导电棒的接触电阻、板删与铅膏的接触电阻、极板转化物质的电阻等影响充电效率的问题存在，部份电能转化成热能而消耗掉，有一部份电能主要是消耗在化成过程中的水解，所以实际的化成安时电量比理论安时电量会大出许多，所以实际极板化成的安时电量约在 34 倍。工业极板还会因铅膏内的硫酸铅含量同比普通铅膏的硫酸铅含量低，铅膏密度大，化成极板厚的原因，充电效率会更低。化成充电方法主要采用多段式充电，即根据化成不同阶段极板的反应需求不同进行设定充电电流和时间，另分段式充电也是比较常用的充电方法。但也
10、有文献指出脉冲具有去极化作用，充电效果高，酸雾污染少且能减少能耗。2. 4 化成电解液密度的确定化成电解液密度，除了影响极板活性物质晶型直接影响电池容量和寿命之外，经现场多年来经验反馈，出现化成花白板的另一个问题与化中的电解液密度有关。结合一些化成工艺资料，化成的中的电解液密度不宜过高，合理在1.041.07，太高会出现大量的白板。会增加不必要的重工与电能的消耗，这就要 求现场单位需要定期的检查电解液密度，并定期的调配合适的电解密度。2. 5 化成电流控制化成过程中，充电一般采用恒电流分段充电或多段充电方法，从极板化成转化效率来分析，采用多段充电效果更佳，多段充电能在达到极板活物质转化率的同时
11、，更能减少化成后期，因活物质接收电流密度的减少，而产生激烈的电解水问题，增加酸务的排放和酸务处理费用，有效的起到节能减排的效果。3 电池化成由生极板组装成电池，注入电池的硫酸电解液，然后通电化成，电池化成生产工艺流程图（图 3-1）所示。根据灌入的硫酸电解液浓度情况分成两个方法。灌入较稀的电解液（d=1.05 或 1.15 的硫酸溶液）进行化成，化成后倒出电解液换成d=1.300 或 1.320 相对密度的硫酸溶液，再通过极板中残留的电解液来稀释，如OPzV 系列胶体电池也是采用此列做法：电池用稀酸化成后倒出多余酸液，再加入含有较高比重的胶状电解液与残酸混合成为理想的电解液；另一个方法是直接灌
12、入过量 d=1.24 相对密度的硫酸溶液进行开口式化成，化成过程中部分水分随高温逸散或蒸发，最后完成时电解液相对密度上升到 d=1.271.29 和合理的体积。以上方法一般分为二次加酸法和一次加酸法1，不过无论一次加酸法还是二次加酸法，在投入正式生产前都需要有大量的计算与实验。图 3-1 电池化成工艺流程图3. 1 电池化成细节除了注酸比重外，电池化成仍须关注的细节有：注酸方式、浸酸时间（fill-to-form time)、充电法则和温度调控。注酸方式有：重力加酸，这是一种最为简单的注酸方式，适用于各种型号的电池，其特点是加酸时间长，相应的电池放热也比较慢。推进式加酸，对酸液施加一个压力将其
13、挤进电槽内，这是一种专门用于卷绕电池加酸方式，加酸时间较快。真空加酸，先对电池抽真空再注入酸液，因电池槽内负压的作用，酸液能够在板群间快速扩散。也分为一步真空加酸或多步真空加酸，此方法加酸快捷方便，过程无逸酸回流，深受企业生产欢迎，不过相应的缺点是快速发热，除了注入的酸液要提前冰冻外还得配备后期的冷循环处理。浸酸时间，指注酸后到充电开始的这段期间，这段时间的长短也是要小心把握，浸酸时间过短，硫酸无法与氧化铅反应，影响后期充电的活物质转化效果； 浸酸时间过长，硫酸铅过分析出且出现重结晶，导致电阻变大，则后期转化差。就笔者经验来说，浸酸时间应当在 24hr间为宜。电池化成初充电的模式也较为多样，常
14、见的有恒电压充电、恒电流充电、分段定电流充电和脉冲充电，而其中恒电压充电时间较长，恒电流充电常有过充的问题，脉冲充电仍未能普通应用，所以一般常用分段定电流充电。温度调控，指充电开始到化成结束这段期间的温度控制，随着化成的开始， 电池持续释放出大量的热能，须采取措施调控温度，常用风冷却和水冷却的方法， 不同的温度下化成，电池极板产生的反应也不尽相同，如正板上生成的 a-PbO2 和b-PbO2就是在这段期间加以调控得到的，不过一般来说，化成温度都会调节在40以下。而高温环境化成的电池往往弊大于利，从现场的生产过程中可以发现， 当化成持续在高温如60以上，化成完成后，特别是正板：颜色加深，活性物质
15、变松弛，与板栅结合变差，极板发脆发硬等不良现象的产生；而持续在低温如5 以下化成的极板，化成完成后，正板活性物质容易脱落，而负板表面还可能会产生”起泡”等不良现象的产生。可见，化成中保持合适的电解液温度，同样也是影响化成极板质量的重要因素之一。3.2 电池化成的优缺点电池化成最突出的优点有：1.优化了化成工艺，在此工序里面不仅耗电减少 了而且化成过程的酸雾和废液更是大大减少；2.去除了槽式化成的极板水洗和干 燥的后两道工序，铅烟污染得到明显改善；3.节约了劳动力和电池成本；4.结合 以上优点，进而使电池化成在市场上更具有竞争力和市场。而电池化成同样存在着不可忽视的局限性： 1.高极板的电池、大
16、容量的电池和深循环电池均不太适用电池化成；2.对技术工艺、环境设备和人员素质都有更 严格的要求2；3.电池化成的正板配方一般都会添加 2030%的铅丹，铅丹在电池内与硫酸反应直接生成 PbO2 和 PbSO4，对化成过程有良性的作用，然而铅丹与格子体筋骨结合性较差，当铅丹增加到一定程度，电池就会出现早期容量损失现象（PCL-1)。4 结束语槽化成需专用的厂房、设备、设施、工艺复杂、劳动量大、消耗能量多、成本也高, 特别是环保差、污染严重，甚至导致民事纠纷。电池化成则相对设备设施少、工艺简单、成本低、污染小、环保要求容易达到。所以发达国家的铅蓄电池生产较早采用了电池化成工艺, 美国的起动用铅蓄电池在 80 年代初期已占到90 %以上, 而在中国仍是以槽化成为主，虽然企业已经意识到电池化成的优异性并加大该项工艺的研究步伐，可是电池化成仍有很长的路要走。参考文献1 张胜永、黄康志. VRLA 电池化成的实践与探索2 胡耀东.对大型阀控铅酸蓄电池极板两种化成工艺的讨论