阀控式铅酸蓄电池生产过程的控制分析

陈凤伟

摘 要：阀控式铅酸蓄电池（VRLA）由于装置便捷、维护次数少以及高倍率的电能特性，容易给人造成其属于免维护蓄电池而疏于质量控制与维护，进而在使用中出现电解液干涸、负极板硫酸盐化、热失控等一系列问题，而问题的产生除去和电池使用条件息息相关外，还与其生产过程有密切关联。本文概述了阀控式铅酸蓄电池的发展现状及面临的挑战，对生产过程中存在的问题进行分析，并提出相应地控制策略。

关键词：阀控式铅酸蓄电池；VRLA；生产过程

0.引言

VRLA电池最初在二十世纪七十年代由国外研制投产，我国在一九八五年开始引进生产。相较于传统的铅酸蓄电池，VRLA电池因为具有无需补水、酸雾少、不漏液等优势，一经投产便广泛应用。VRLA电池尽管具有诸多优点，但也存在着电池均一性一般、自放电速度过快、使用寿命短等劣势，而这些问题的出现和VRLA设计、使用条件以及生产过程控制均有着重要影响。

1.阀控式铅酸蓄电池的发展现状及面临的挑战

1.1阀控式铅酸蓄电池发展现状

现阶段，国内外生产VRLA电池主要基于AGM技术和GEL技术。前者电池内部并无电解液，而是采用超细玻璃纤维隔板，在汲取大量的电解液后，保持10%孔隙作为复合通道，让正极析出氧气可以在负极进行复合。极群实施紧装配、极群间对焊，因此内部的内阻很小，适用于大电流放电。AGM技术能够令气体保持超高的复合率，内部基本没有游离酸，具有自放电小、充电速度快的电池性能。GEL技术则采取富液式设计，由于胶体的固定使得电解液基本上无分层，高温下，胶体电池仍然具备长寿命性能。需要注意的是，该技术中电池内部氧的复合通道主要是依据胶体收缩所起的裂纹来实现，复合效率一般，控制阀时常会产生酸雾，无法真正意义上体现密封蓄电池的环保性。VRLA技术的出现直接推进了铅酸蓄电池的革命，将铅酸蓄电池重新带入了繁荣的发展时期。

1.2挑战

如图1所示，铅酸蓄电池发展成阀控式设计，必定会引发电池结构性的变化，这也就给技术人员克服铅酸蓄电池使用寿命短的问题带来了全新的挑战，力求让电池无需维护、无酸溢出、高速率放电。

2.制约阀控式铅酸蓄电池正常使用的因素

2.1温度环境

VRLA电池多采用贫液设计，温度环境不仅会影响VRLA电池浮充电压，更会从实质上改变放电容量。相同的电池，且在放电速率一样的情况下，在特定环境温度放电，放电容量会随环境温度的升高而降低。处在高温环境中，电池内部电解液的黏液会降低，在提高导电性能的同时，放电容量加大[1]。如果在50℃超放电，电池容量则会显著减小。高温环境下对VRLA电池的使用寿命会有很大影响，如温度升高，电池内部极板的腐蚀将进一步加剧，消耗水量更大，蓄电池寿命也会有所缩短。

2.2过度放电

过度放电基本出现于交流电源停电之后，电池呈负载供电形势下。如VRLA电池过度放电至电压过低时，会致使其内部产生大量硫酸铅被吸附到电池阴极，导致硫酸盐化。硫酸铅属绝缘体，进而对VRLA电池的充、放电形成不良后果。可以明确，电池阴极中的硫酸盐成分越多，其内部的内阻就越大，充放电性能大打折扣，使VRLA电池无法正常使用。

2.3浮充电

浮充电会导致VRLA电池阳极极板钝化，内阻变大，电池容量下降，从而致使电池寿命大幅缩短。

3.閥控式铅酸蓄电池生产工艺控制

3.1杂质含量

控制杂质，绝非是指所用原材料纯度越高，必要的杂质对VRLA电池是有益的。本文所说的控制杂质控制是指对有害杂质进行控制，在将其控制在最低水平的基础上，特别要控制可能会降低H2的析出电位，加速放电杂质如Sb.Fe。

高品质的VRLA电池，必定要使用高品质的原材料。相较于传统的富液式铅酸蓄电池，VRLA电池对杂质含量要求更加严格，如富液式铅酸蓄电池对金属铅及合金的杂质含量要求一般控制在0.001%，而VRLA电池则要至少控制在0.0001%。

生产期间对工装设备的选择，也需要进行严格控制，不然则会变成VRLA电池杂质源。如相当数量的和膏机都是衬套不锈钢板，在长时间的磨损之后，会出现砂眼，和膏用酸渗入后引发锈蚀，和膏时酸液混入铅膏，导致铅膏铁含量猛增出现杂质污染。

3.2板栅控制

铸造铅锑合金技术绝不可全部嫁接到铅钙合金中来，鉴于后者冷却区域非常窄，所以必定会比前者难治更多。对此，需要首先控制Ca含量。金属熔化时生成氧化物，为了尽快的得到时效硬化板栅，控制Ca含量十分重要。须知如果Ca过低，板栅就会发生混合不稳定的颗粒状态，非常容易遭受腐蚀，含锡板栅无法硬化。第二，控制合金、模具温度。按照板栅所要求的厚度与合金成分，调整合金锅与模具温度，特别在铸板前模具温度必须满足既定标准，浇注时应当快速，定模时间短。

如要保证耐腐蚀性能而不让板栅发生裂纹、缩孔现象，就一定要合理的控制合金冷却速度。过冷度是与合金温度、模具温度和冷却速度有关的物理量[2]。

3.3铅粉控制

保证铅粉能够有序的生产，就一定要控制好生产阶段的热量平衡与物料平衡。形成热量的原因除去焓变外，更有物理意义上的机械能转变。消耗热量的原因基础上是通风系统送入室温的气体而带走高温的气体和铅粉，进料升温和铅粉机向环境散热。生产过程中，升温操作包括：关闭正负风机，进料以加强负载。降温则是为了加大负压和正压风机风压、风量，应当保证物料平衡，均匀进料，保证铅粉速度相当。为了确保铅粉生产质量，需要对其氧化度、视密度、吸酸量等各个理化指标进行严格的控制。一旦其视密度过低时，铅粉中游离铅含量增高，极板固化阶段，出现固化的极板水分流失会很快。导致固化之后的极板中游离铅含量猛增，活性物质发生裂纹。

4.结束语

综上所述，从铅酸蓄电池的发展历程不难发现免维护、轻量化、低能耗、高功率是未来蓄电池技术发展的核心。文章通过分析VRLA电池使用寿命的影响因素，证实VRLA电池发生故障是有迹可循的，利用切实可行的生产控制管理，能够提高VRLA电池的运行维护水平，这需要国内外研究人员持续努力。

参考文献

[1]刘丹.单体阀控式铅酸蓄电池检测系统的研制[D].华中科技大学，2012.

[2]魏晓斌，张磊，张光.温度对阀控式铅酸蓄电池的影响分析[J].电源技术，2014，17（02）：37+40.