起動用鉛酸電池的分解式化成工藝

沈旭培,楊新明,陳勤忠

（天能電池集團股份有限公司,浙江 湖州 313100）

起動用鉛酸電池為排氣式富液電池,與貧液的閥控式鉛酸（VRLA）電池相比,電解液密度低、體積大、流動性好,極板較薄,極群組的裝配壓強小,溫度容易控制,極化程度輕,化成相對容易[1]。

傳統(tǒng)的化成工藝采用階段式,按化成前期、中期和末期來分布電流和時間,盡管化成效果也好,但仍有優(yōu)化空間。電池化成是將極板中的PbSO4電解轉(zhuǎn)化成PbO2和Pb的過程,先從板柵表面腐蝕層開始,然后至活性物質(zhì),最后伴隨著少量的水分解。本文作者按電池化成原理[2],通過驗證分析,介紹一種按電池單體正極活性物質(zhì)（正鉛膏）質(zhì)量計算電池總化成容量,并按電池單體負極活性物質(zhì)（負鉛膏）質(zhì)量分解的分解式化成工藝,以優(yōu)化化成效果,提升電池性能。

1 化成原理

圖1 鉛膏化成轉(zhuǎn)化方向Fig.1 Transformation direction of lead paste formation

2 分解式化成工藝

實驗設(shè)定電池單體正鉛膏質(zhì)量為a（g）,正鉛膏化成容量為0.60 Ah/g,得出正極總化成容量,計為x:

設(shè)定電池單體負鉛膏質(zhì)量為b（g）,負鉛膏化成容量為0.32 Ah/g,得出負極總化成容量,計為y:

因為正鉛膏質(zhì)量大于負鉛膏質(zhì)量、正鉛膏轉(zhuǎn)化產(chǎn)物PbO2的電導(dǎo)低于負鉛膏轉(zhuǎn)化產(chǎn)物Pb、正鉛膏單位轉(zhuǎn)化面積小于負鉛膏等因素,所以化成時優(yōu)先考慮負鉛膏。設(shè)定第①階段的化成容量P1:

第①階段化成結(jié)束后,不代表負鉛膏完全轉(zhuǎn)化,但負鉛膏化成的程度一定大于正鉛膏,此時的正鉛膏迫切需要轉(zhuǎn)化。設(shè)定第②階段的化成容量P2:

第②階段化成結(jié)束后,電位將趨向平衡,待緩解極化后,再設(shè)定第③階段的化成容量P3:

待電位維持平衡2～3 h后,完成整個化成工藝。

3 實驗驗證

46B24R型鉛酸電池（額定電壓12 V,額定容量45 Ah,湖州產(chǎn),外形尺寸為:長238mm×寬138mm×高203mm,總高223mm）。正鉛膏的質(zhì)量為440 g/單體,由式（1）可得:x=264 Ah;負鉛膏的質(zhì)量為360 g/單體,由式（2）可得:y=115.2 Ah。由式（3）-（5）可得:P1=115.2 Ah,P2=111.6 Ah,P3=37.2 Ah。

55D26R型鉛酸電池（額定電壓12 V,額定容量60 Ah,湖州產(chǎn),外形尺寸為:長260mm×寬173mm×高203mm,總高223mm）。正鉛膏的質(zhì)量為590 g/單體,由式（1）可得:x=354 Ah;負鉛膏的質(zhì)量為480 g/單體,由式（2）可得y=153.6 Ah。由式（3）-（5）可得:P1=153.6 Ah,P2=150.3 Ah,P3=50.1 Ah。

取上述兩款電池各36只,每個回路串聯(lián)18只,采用數(shù)控智能型μC-2000S-30 A/320 V充放電電源（張家港產(chǎn)）,對電池進行化成,分解式化成工藝參數(shù)見表1,普通化成工藝參數(shù)見表2。

表1 分解式化成工藝參數(shù)表Table 1 Parameter table of decomposition formation process

表2 普通化成工藝參數(shù)表Table 2 Parameter table of general formation process

正鉛膏PbO2含量、電池20 h率放電（20 hr）容量和循環(huán)壽命,是檢測化成效果的重要指標。將兩種化成工藝的電池各取10只進行對比驗證,結(jié)果如下:分解化成工藝生成的PbO2含量相對于普通化成工藝提高6.06%～6.56%（質(zhì)量分數(shù)）[5],詳細數(shù)據(jù)見表3;采用數(shù)控智能型μC-XCF08-50 A/6～12 V微電腦蓄電池容量及放電性能測試儀（張家港產(chǎn)）,對電池進行20 hr容量和循環(huán)耐久檢測,分解化成工藝電池20 hr容量約提高4.81～5.51 Ah[6],詳細數(shù)據(jù)見表4;按標準GB/T 5008.1-2013所規(guī)定的循環(huán)耐久Ⅰ進行對比驗證[6],循環(huán)次數(shù)約提高8～11次,詳細數(shù)據(jù)見表5。

表3 正鉛膏PbO2含量數(shù)據(jù) Table 3 Data of PbO2 content in positive lead paste

表4 電池的20 hr容量數(shù)據(jù) Table 4 Data of capacity at 20 hr of the battery

表5 電池的循環(huán)次數(shù)數(shù)據(jù) Table 5 Data of cycle number of the battery

4 結(jié)論

化成是電池制造的關(guān)鍵工序之一,其中伴隨著諸多的化學反應(yīng),要盡可能使鉛膏轉(zhuǎn)化徹底。本文作者提出的分解式化成工藝根據(jù)鉛膏化成轉(zhuǎn)化方向不同,負鉛膏轉(zhuǎn)化速度大于正鉛膏轉(zhuǎn)化速度的原理,設(shè)定第①階段的化成容量P1;當正鉛膏迫切需要轉(zhuǎn)化時,設(shè)定第②階段的化成容量P2;經(jīng)過兩步緩解極化后,再設(shè)定第③階段的化成容量P3。采用分解式化成工藝生產(chǎn)的46B24R和55D26R電池,在使用時均表現(xiàn)出良好的20 hr容量和穩(wěn)定的循環(huán)耐久性能。