铅酸蓄电池使用寿命影响因素及其电池失效原因

2014-12-31张歆

中国科技信息 2014年21期

张歆

张歆（1983-）女，河北邢台市人，工作单位：天能集团。

在当前的社会发展过程中，我国的科学技术有了长足的进步，在铅酸蓄电池的领域取得了较为优异的成果，并在其自身的高性价比的优势下得到了广泛的应用。但是在发展的过程中由于受到各种因素的影响，会对铅酸蓄电池的使用寿命产生很大的影响，有的还会使得电池失效，所以采取有效的措施对铅酸蓄电池的使用寿命进行延长已经显得格外重要。本文主要就铅酸蓄电池的使用寿命的影响因素以及电池失效的原因进行详细分析，探索出能够延长铅酸蓄电池的寿命有效措施。

1 铅酸蓄电池的基本概述

铅酸蓄电池的基本特点分析

在铅酸蓄电池的不断发展过程中，其自身的特点也愈来愈突出，其中安全密封的特点是使用者比较关注的，在正常的操作过程当中电解液不会从电池的端子以及外壳当中泄漏出来，并且没有自由酸，泄气系统较好。对其进行维护比较的方便，使用寿命也相对较长，质量较为稳定，在可靠性方面比较高。

图1 铅酸蓄电池结构图

铅酸蓄电池的结构及工作原理分析

铅酸蓄电池的结构比较的复杂，其中最为主要的就是正负极板以及隔板和电解液、电池槽等，由于用途不一样也会在结构上有着一定的差别。

其工作原理就是正负极所发生的电化学反应，在铅酸蓄电池进行放电的过程中负极Pb 转化成PbSO4，正极α-PbO2和β-PbO2转化成 PbSO4，将化学能转化成电能。而在充电的过程中，主要就是外加电流除恢复电池的正负极活性物质的结构之外也发生析氧析氢的反映。

2 铅酸蓄电池的使用寿命影响因素分析

自身结构的影响因素

铅酸蓄电池和传统的电池相比较而言有着一些不同，铅酸蓄电池的电解液是封闭在隔离系统当中或者是以凝胶形式存在的。在设计和制造的工艺方面是对这一电池的使用寿命产生影响的一个重要因素。电池在一定的速率下的循环和起始酸的相对密度以及电池间的温度等都有着关系，连续循环的工作状态下，高充电电流以及电压电池比较容易产生氧气这样就会比较容易引起电池的失效。

充电接受能力的影响因素

在这一过程中，如果是充电不当就会使得电池在使用寿命上缩短，铅酸蓄电池的物理化学特征能够使得充电控制比较的简单，但是也要注意在动态充电接受能力以及恒电位下充电接受能力是对铅酸电池的使用寿命有重要影响的一个因素。合适的充电策略能够对电能的损失进行弥补，在电池的性能方面也能够得以有效的改善，实践证明，温度是充电条件的一个最为关键的影响因素，提高温度才能够对电池完全快速的充电。

电解液质量及密度方面的影响因素

在铅酸蓄电池当中的电解液是其结构中最为关键的内容，所以将其维持在一定的水平比较重要，它不只是用来导电还能够产生热量从极板转移出来，倘若电解液的水平比极板的水平要低，那么裸露出来的极板区域就不会再具有电化学活性，这样就会造成铅酸蓄电池的局部热量聚集，最终使得极板变形以及活性物质脱落，蓄电池的使用寿命也会随之而缩短。

铅酸蓄电池的管理系统影响因素

这一电池在生产工艺上相对比较成熟以及使用寿命较长，常作为是主要的能源来用于可更新的能源系统以及自动供给能源系统，但是其实际的使用寿命往往要比厂商所预期的要短很多，这对于整个的系统有着严重的影响。

3 铅酸蓄电池的失效原因以及加强其使用寿命的策略

铅酸蓄电池的失效原因分析

铅酸蓄电池的失效原因是多方面的，其中正负极的板栅腐蚀变形是一个重要的因素，Pb-Ca-Sn 合金应依赖于钙的含量和老化率进而来维持蓄电池寿命中Sn 的有效影响，在Ca/Sn 等于2.5 的时候，在所有电位下都有着较好的抗腐蚀性，但是这一值过高时腐蚀层就会从金属上脱落，最主要的因素就是循环条件下收集器和板级间缺乏凝聚力，在这一过程中的金属阳极电位是决定腐蚀的第二重要的因素，从这就能够看出，对铅酸蓄电池的系统充电控制参数对电池的寿命的增加以及维持其高再充电性能非常重要。

其次就是不可逆硫酸盐化，当铅酸蓄电池过放电以及长期的处在放电的状态的时候就会对负极形成粗大难以接受的硫酸铅结晶，这种现象如果是比较的轻微的能够对其进行恢复，但是倘若严重的就会导致充不进电电极失效。

另外蓄电池的正极板活性物质的脱落以及软化也是电池失效的重要原因，除了板栅所引起的活性物质脱落外在充放电的反复进行过程中，二氧化铅颗粒间的结合就会松弛并软化，以致从板栅上脱落，这样就会直接导致电池的失效。

再者就是干涸或者热失控，对于少维护电池要求充电电压不超过单格2.4V，而在实际的使用过程中调压的装置则可能失控，这样就会使得充电电压过大就会使得电池的内阻下降，最终使得电池开裂失效。还有锑在活性物质上的严重积累以及早期的容量的损失也会导致电池的失效。除此之外还有枝晶穿透以及电池的电压不均衡性和一些意外所造成的突然失效，例如部件选择的不正确以及设计方面的不合理和没有正确的使用等等。

强化铅酸蓄电池的使用寿命策略

在对铅酸蓄电池的使用寿命的影响因素以及电池失效的原因进行分析之后，下面就对其加强铅酸蓄电池的使用寿命的策略进行探究，从多个角度进行研究。

首先对铅酸蓄电池的使用以及维护要能够和普通的蓄电池进行区别对待，不管是阀控式的密封铅酸蓄电池抑或是防酸隔爆铅酸蓄电池所采用的工作方式均是全浮充方式，而在实际的维护以及过程中相关的维护人员常常将两者的维护方式混合使用，这明显是不正确的。针对阀控式密封铅酸蓄电池其自身通常会有滤酸垫，这样就能够有效防止酸雾逸出，当然这也是有条件的，也就是在存放期间应无气体逸出。在充电电压这一方面比较的严格，充电的电压在2.35V 温度在25℃以下的时候应无气体逸出。

另外还能够通过其他的一些方法对电池的循环寿命进行加强，例如当前最为常用的改变板栅合金的配方和采取热处理工艺，选取能对低温性能铅膏进行改善的配方，或者是设置较为合适的充电制度以及工作的参数等等。通过对电池的极板的长宽比进行优化，保证电池容量基础上尽量采取矮行电池，以此来降低电池的高度抑或是采取把电池水平放置的方法，以此来减少酸液的分层。

最后就是将阀控式密封铅酸蓄电池均衡充电以及环境的温度进行有效把控，也就是将充电的电压调到2.33V/单体（25℃），充电30h，将充电的电压调到2.35V/单体（25℃），充电20h。这两种方法准确来说择取前者较优。同时还要对铅酸蓄电池的浮充电压进行合理选择，以及在充电时各电池端电压压差的均一性要能够得以控制。对于较为严重的负极板硫化的现象，要采取不同类型的有机或者无机功能添加剂组合，以及先进的电池工作原理实施。