起动用铅酸电池的分解式化成工艺

沈旭培,杨新明,陈勤忠

（天能电池集团股份有限公司,浙江 湖州 313100）

起动用铅酸电池为排气式富液电池,与贫液的阀控式铅酸（VRLA）电池相比,电解液密度低、体积大、流动性好,极板较薄,极群组的装配压强小,温度容易控制,极化程度轻,化成相对容易[1]。

传统的化成工艺采用阶段式,按化成前期、中期和末期来分布电流和时间,尽管化成效果也好,但仍有优化空间。电池化成是将极板中的PbSO4电解转化成PbO2和Pb的过程,先从板栅表面腐蚀层开始,然后至活性物质,最后伴随着少量的水分解。本文作者按电池化成原理[2],通过验证分析,介绍一种按电池单体正极活性物质（正铅膏）质量计算电池总化成容量,并按电池单体负极活性物质（负铅膏）质量分解的分解式化成工艺,以优化化成效果,提升电池性能。

1 化成原理

图1 铅膏化成转化方向Fig.1 Transformation direction of lead paste formation

2 分解式化成工艺

实验设定电池单体正铅膏质量为a（g）,正铅膏化成容量为0.60 Ah/g,得出正极总化成容量,计为x:

设定电池单体负铅膏质量为b（g）,负铅膏化成容量为0.32 Ah/g,得出负极总化成容量,计为y:

因为正铅膏质量大于负铅膏质量、正铅膏转化产物PbO2的电导低于负铅膏转化产物Pb、正铅膏单位转化面积小于负铅膏等因素,所以化成时优先考虑负铅膏。设定第①阶段的化成容量P1:

第①阶段化成结束后,不代表负铅膏完全转化,但负铅膏化成的程度一定大于正铅膏,此时的正铅膏迫切需要转化。设定第②阶段的化成容量P2:

第②阶段化成结束后,电位将趋向平衡,待缓解极化后,再设定第③阶段的化成容量P3:

待电位维持平衡2～3 h后,完成整个化成工艺。

3 实验验证

46B24R型铅酸电池（额定电压12 V,额定容量45 Ah,湖州产,外形尺寸为:长238mm×宽138mm×高203mm,总高223mm）。正铅膏的质量为440 g/单体,由式（1）可得:x=264 Ah;负铅膏的质量为360 g/单体,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型铅酸电池（额定电压12 V,额定容量60 Ah,湖州产,外形尺寸为:长260mm×宽173mm×高203mm,总高223mm）。正铅膏的质量为590 g/单体,由式（1）可得:x=354 Ah;负铅膏的质量为480 g/单体,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。

取上述两款电池各36只,每个回路串联18只,采用数控智能型μC-2000S-30 A/320 V充放电电源（张家港产）,对电池进行化成,分解式化成工艺参数见表1,普通化成工艺参数见表2。

表1 分解式化成工艺参数表Table 1 Parameter table of decomposition formation process

表2 普通化成工艺参数表Table 2 Parameter table of general formation process

正铅膏PbO2含量、电池20 h率放电（20 hr）容量和循环寿命,是检测化成效果的重要指标。将两种化成工艺的电池各取10只进行对比验证,结果如下:分解化成工艺生成的PbO2含量相对于普通化成工艺提高6.06%～6.56%（质量分数）[5],详细数据见表3;采用数控智能型μC-XCF08-50 A/6～12 V微电脑蓄电池容量及放电性能测试仪（张家港产）,对电池进行20 hr容量和循环耐久检测,分解化成工艺电池20 hr容量约提高4.81～5.51 Ah[6],详细数据见表4;按标准GB/T 5008.1-2013所规定的循环耐久Ⅰ进行对比验证[6],循环次数约提高8～11次,详细数据见表5。

表3 正铅膏PbO2含量数据 Table 3 Data of PbO2 content in positive lead paste

表4 电池的20 hr容量数据 Table 4 Data of capacity at 20 hr of the battery

表5 电池的循环次数数据 Table 5 Data of cycle number of the battery

4 结论

化成是电池制造的关键工序之一,其中伴随着诸多的化学反应,要尽可能使铅膏转化彻底。本文作者提出的分解式化成工艺根据铅膏化成转化方向不同,负铅膏转化速度大于正铅膏转化速度的原理,设定第①阶段的化成容量P1;当正铅膏迫切需要转化时,设定第②阶段的化成容量P2;经过两步缓解极化后,再设定第③阶段的化成容量P3。采用分解式化成工艺生产的46B24R和55D26R电池,在使用时均表现出良好的20 hr容量和稳定的循环耐久性能。