降低铅酸蓄电池铜板栅电镀不合格品率的研究

丁冬，文福亮（武汉船用电力推进装置研究所，湖北 武汉 430064）



降低铅酸蓄电池铜板栅电镀不合格品率的研究

丁冬，文福亮
（武汉船用电力推进装置研究所，湖北 武汉 430064）

摘要：本文对铅酸蓄电池铜板栅电镀工艺中出现问题的影响因素进行了分析和研究，通过对电镀设备挂钩及导电接触部位的清洁处理，飞靶头表面去氧化保养及镀铅阳极条厚度统一等措施，大幅度降低了铅酸蓄电池铜板栅电镀生产过程中的不合格品率。

关键词：铅酸蓄电池；铜板栅；重量偏差；电镀设备；飞靶头；镀铅阳极条；去氧化；不合格品率

0 前言

铅酸蓄电池在大电流放电、浮充寿命和自放电性能等方面具有优势，但循环寿命相对较短，电池的比能量较低，主要是因为传统蓄电池的非活性物质铅的用量较大。为了降低板栅的质量，提高铅酸蓄电池的比能量，现今主要采用轻型板栅作为负极板栅来替代传统的铅基合金负极板栅[1-4]。镀铅铜板栅由于质量小，且机械强度明显优于铅制板栅，常用来作为蓄电池的负极板栅。采用这种轻型板栅后，蓄电池的大电流放电容量及电压性能都优于传统的铅酸蓄电池，而且提高了电极活性物质利用率，大幅度地提高了短时率放电比[5-6]。但是由于电镀工艺较为复杂，铜板栅电镀后的负极板栅易出现表面漏铜、重量超出范围等现象，用其组装成电池后，镀铅层的缺陷会导致铅溶解，从而导致析氢量增加和容量损失，影响整个电池的性能[7]。本文重点对铜板栅电镀工艺中出现问题的影响因素进行分析和研究，来寻找合理高效的电镀工艺方法。

1 铜板栅电镀工艺流程

铜拉网在其生产及成型过程中，表面易沾染油类物质，电镀时必须首先进行脱脂（即除油）处理；铜网脱脂后，进入浸蚀工序，浸蚀可将铜网上的氧化膜和锈蚀物除掉，提高铜网基体与镀层的结合强度； 铜网浸蚀后必须经过流水和纯水彻底清洗才能转入电镀工序。铜板栅电镀流程如图 1 所示。

图 1　铜板栅电镀流程图

铜板栅电镀液制备过程：① 将纯水注入镀液配制槽中，在搅拌的情况下加入氢氟酸和硼酸，氢氟酸和硼酸反应生成氟硼酸；② 接着在镀液中加入铅粉，使氟硼酸与铅粉中的氧化铅反应生成氟硼酸铅；③ 静置后过滤，再加入木素磺酸钠，搅拌均匀即配制完成了铜板栅电镀所需的电镀液。具体化学反应式如下：

2 电镀过程的影响因素

如图 1 所示，铜板栅电镀工艺主要包括预处理、水洗、酸洗、镀铅、水洗、烘干等工序。由于整个电镀工艺过程较为复杂，铜板栅电镀后的负板栅容易出现漏铜、重量偏差等不合格现象。因此，我们对过去一年各个季度铜板栅电镀生产过程中出现的不合格品进行了分析统计，其统计结果如表 1所示。

表 1 电镀生产过程中不合格品的数据统计表

由表 1 可以看出，由负极板栅重量偏差产生的不合格品数占了总不合格品数的 80.3 %，因此，我们重点针对使负板栅重量产生偏差的影响因素进行分析和研究。

2.1 电镀设备的挂钩及导电接触部位

挂钩是电镀不可缺少的工具。在铜网电镀过程中，有两种挂钩，一种用于连接阳极条和极棒，另一种用于连接铜网和极棒。挂钩既要固定铜网和铅阳极条，又要保证电流均匀地流过铜网，因此，它必须具有足够的机械强度和良好的导电性能，且接触牢固。

由于导电接触直接影响电流的分布，所以各个接触点应保持铜的金属色泽，这样既能降低电阻也能减少由于局部接触不佳导致的电流分布不均或不导电。当用多片铜网并联电镀时，如果接触不好导致电流分布不均，会引起镀层重量的差异。因为在电镀过程中，挂钩的导电接触部位易堆积形成许多铅瘤，所以应该经常对导电接触部位进行刷洗，保持洁净。

为了了解挂钩及其导电接触部位的清洁度对电镀效果的影响，进行了对比试验：① 在挂钩及导电接触部位未清洁刷洗的情况下，对铜板栅电镀生产出的负板栅进行了检测，共生产镀铅铜板栅 500片，其中电镀后负板栅重量偏轻造成的不合格品数量为 9 片，不合格品率 2.2 %；② 用喷火枪将挂钩表面导电接触部位的铅瘤进行灼烧后，用铜刷对挂钩表面进行刷洗清理，在其它条件不变的情况下，同样检测生产出的镀铅铜板栅 500 片，发现负板栅重量偏轻造成的不合格品为 7 片，不合格品率为1.8 %。由此可以看出，对挂钩及导电接触部位进行清洁处理后，不合格品率由 2.2 % 降为 1.4 %，不合格品率略为降低，可以得出挂钩及导电接触部位不是对负板栅重量造成偏差的主要影响因素；但挂钩表面的清洁度还是会对负板栅重量偏差造成影响，所以电镀过程中还是应经常对挂钩的导电接触部位进行刷洗清洁处理。

2.2 电镀设备的飞靶头

电镀设备的飞靶头呈 V 字形，是电镀过程中的重要部件。其暴露在空气中，所以表面易氧化形成厚厚的氧化层，造成飞靶头的表面凹凸不平 (图 2)。

为了研究飞靶头表面氧化层对电镀造成的影响，做了如下对比试验：在飞靶头未经表面处理的情况下，对铜板栅电镀生产出的负板栅进行了检测，共生产镀铅铜板栅 500 片，其中不合格品数量18 片，不合格品率为 3.6 %；用打磨机将飞靶头表面的氧化层打磨掉，将表面的凹凸面打平，在其它电镀条件不变的情况下，同样检测生产出的镀铅铜板栅 500 片，发现其中不合格品数量 10 片，不合格品率为 2 %。

分析原因主要是：飞靶头在长时间工作中，不注意保养，表面被氧化和腐蚀，从而导致接触面契合性差；由于飞靶头契合不好，使电路接触不良，电流不稳定，导致不合格品率高。为此我们对飞靶头表面的氧化层进行了人工打磨，消除氧化层，同时将表面的凹凸面打平，使接触面光洁平整，消除接触不良带来打火花的现象。

为了进一步研究飞靶头表面的氧化层对电镀造成的影响，在其它条件不变的情况下，对飞耙头进行了打磨去氧化保养。对飞靶头保养后生产出的镀铅铜板栅的不合格品率统计如表 2 所示。从表 2 可以看出，在对飞靶头进行保养后，不合格品率由3.6 % 降低到平均值 1.90 %，降低了 1.7 %，不合格品率大幅度降低。由此可以得出在电镀过程中，需要经常检查电镀设备飞靶头表面的氧化情况，对其进行定期去氧化保养。

图 2　飞靶头

表 2　飞耙头保养后不合格品的统计表

2.3 铅阳极条厚度的影响

因为在电镀过程中，要通过阳极条给电镀液补充阳离子，所以对铜板栅进行电镀时要采用纯铅的阳极条，锑、银和铜的含量要尽量低，以免形成阳极泥，使镀层粗糙。如果停产时间较长，应取出铅阳极条，以免铅阳极过分溶解，造成溶液成分失调。在电镀铜板栅时，铅阳极条会一直溶解，不断消耗，阳极条消耗得不均匀会导致电镀液里阳离子补充不及时。因此，我们在阳极条厚度不一样的情况下进行了测试，分别试镀 400 片，生产出的镀铅铜板栅的不合格品统计如表 3 所示。

表 3　不同厚度铅阳极条电镀生产的不合格品统计表

在浇注阳极条的过程中，没有关于厚度统一的工艺标准要求，导致浇注成形的阳极条的厚度不一致。从表 3 可以看出，阳极条的厚度越薄，镀铅铜板栅的不合格品率越高。为此，我们根据试验数据，将阳极条的厚度标准范围设定为（30±1）mm，重新浇注，同时将不符合要求的阳极条进行更换，然后电镀生产镀铅铜板栅，不合格品率统计如表 4所示。

表 4　阳极条厚度统一后电镀生产的不合格品统计表

由表 4 可以看出，在对阳极条的厚度进行统一后，不合格品率大幅降低。因此在电镀生产前，需要对浇注的阳极条的厚度进行统一，使其厚度控制在（30±1）mm，将不符合要求的阳极条进行更换，在电镀过程中需经常检查铅阳极条的消耗情况，及时进行更换。

为了进一步确认对负板栅重量造成偏差的主要影响因素，在电镀前我们对飞靶头表面进行了去氧化保养，同时对阳极条的厚度进行统一后，进行生产，并与上一年相同月份下电镀生产的负板栅数量和不合格品率进行了统计和对比，结果见表 5，不合格品率明显降低。

表 5 飞靶头保养及阳极条厚度统一前后电镀生产的不合格品对比

3 结论

通过本文测试和分析得出：

（1）重量偏差是电镀铜板栅不合格品的主要方面。电镀设备的挂钩及其导电接触部位、飞靶头和镀铅阳极条的状况都会对负板栅的不合格品率有较明显的影响。

（2）电镀设备的挂钩及导电接触部位不是负板栅重量产生偏差的主要影响因素，但挂钩表面的清洁度会对负板栅重量偏差造成影响，因此，电镀过程中应经常对挂钩的导电接触部位进行刷洗清洁处理。

（3）对飞靶头的表面进行去氧化保养后，板栅的不合格品率大幅度降低，因此，需要经常检查电镀设备飞靶头表面的氧化情况，对其进行定期去氧化保养。

（4）在对镀铅阳极条的厚度进行统一后，生产出的镀铅铜板栅的不合格品率大幅降低，因此在电镀过程中应对镀铅阳极条的厚度进行统一，并要经常检查铅阳极条的消耗情况，以及时进行更换。

参考文献：

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[7] 陈国, 董为毅, 朱松然. 铅酸蓄电池铜负极板栅研究综述[J]. 蓄电池, 1996(4): 33-35.

Research on reducing the nonconforming rate of Pb-plated copper grids of lead-acid batteries

DING Dong, WEN Fuliang
(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, CSIC, Wuhan Hubei 430064, China)

Abstract:In this paper, we analyze and study the effect factors appear during the plating process of copper grids of lead-acid batteries. By the way of cleaning the hook of plating equipment and its conductive contact parts, deoxidizing and maintaining the surface of copper target, unifying the thickness of anode strips used for lead plating and other measures, the nonconforming rate of lead plated copper grids of lead-acid batteries was greatly reduced in the process of electroplating production.

Key words:lead-acid battery; copper grid; weight deviation; electroplating equipment; copper target; lead plated anode strips; deoxidizing; nonconforming rate

收稿日期：2015-09-29

中图分类号：TM 912.1

文献标识码：B

文章编号：1006-0847(2016)02-69-04