隔板饱和度与阀控式密封铅酸蓄电池寿命关系

孙金莉

(国网湖北省电力公司，湖北武汉430050)

隔板饱和度与阀控式密封铅酸蓄电池寿命关系

孙金莉

(国网湖北省电力公司，湖北武汉430050)

研究了超细玻璃纤维(AGM)隔板材料饱和度与变电站阀控式密封铅酸蓄电池寿命之间的关系。对饱和度不同的5只电池分别进行放电深度(DOD)循环寿命实验，其中AMG隔板材料的饱和度为90%～98%，这使阀控式铅酸蓄电池的循环寿命得到很大提升。经过实验发现，阀控式铅酸蓄电池正极活性物质充电不足会导致隔板材料的饱和度越高，阀控式铅酸蓄电池的循环寿命越短。

铅酸蓄电池；AGM隔板材料；饱和度；循环寿命

阀控式铅酸蓄电池有不同的失效原因且对应不同的解决方法，本文主要研究不同隔板材料的饱和度对变电站用阀控式铅酸蓄电池寿命的影响，当隔板材料的饱和度不同时，也就是当电池的灌酸量不同时，阀控式铅酸蓄电池失效时间也明显不同[1]。

1 实验

实验的主要环境条件：温度为(25±4)℃，湿度为50%±8%，本实验主要采用美国某公司生产的循环充放电设备进行测试。本实验所采用的电池选用同一公司生产的同批次的5只12 V、100 Ah的阀控式铅酸蓄电池，其中电池的正极板栅合金为Pb-Ca-Sn合金，分别对5只电池灌注不同的酸量，并保证电池的饱和度分为92%、94%、96%、98%、100%，同时，对5只电池以10C进行放电，放电电流10 A，终止电压为10.5 V，随后，以10C对电池进行充电，充电电流为10 A，充电恒压14.2 V，充电24 h。如此反复循环测试电池的循环寿命。当电池的剩余容量达到初始容量的3/4时则认为其循环寿命终止[2]，最后对实验电池进行分析与解剖。

2 结果与分析

2.1 循环寿命和充电效率

图1为实验所得5只电池的循环寿命曲线，观察图1可发现，隔板材料饱和度为92%、94%、96%、98%、100%的铅酸蓄电池所对应的循环寿命分别为182次、175次、151次、115次、50次。放电时，对隔板材料饱和度为92%和100%的两只电池的电极电位分别进行跟踪测试，图2所示为测试结果，观察可发现实验电池的正极是其失效的主要原因。

为了更好地了解隔板材料饱和度与阀控式铅酸蓄电池循环寿命之间的关系，还要分析电池的充电效率[3]，图3为循环过程中阀控式铅酸蓄电池的充电效率曲线(隔板材料的饱和度分别为92%和100%)。观察图3可发现，隔板材料的饱和度为92%的电池充电效率远远高于隔板材料的饱和度为100%的电池。循环初期，两种电池的充电效率相差不多，均为95%左右，但随着循环的进行，隔板材料饱和度为92%的电池充电效率越来越高，后期基本稳定为97%，随着循环的进行，隔板材料饱和度为100%的电池充电效率越来越低。分析可发现，两种电池的充电效率不同造成两种电池的循环寿命差异较大。

图1 实验所得5只电池的循环寿命曲线

图2 隔板材料饱和度不同时电池的电极电位曲线

图3 隔板材料饱和度不同时电池的充电效率

2.2 解剖分析

对实验所用的隔板材料饱和度分别为92%和100%的电池进行解剖，发现隔板材料饱和度为92%的电池的正极活性物质出现了脱落、软化等现象，也就是出现了电池的早期容量损失的现象，而隔板材料饱和度为100%的电池的正极活性物质没有出现任何异常现象[4]。为了对两种电池的失效原因进行进一步的分析，对寿命已经终止的隔板材料饱和度为92%和100%的电池进行扫描电镜(SEM)和射线衍射(XRD)分析，如图4～图5所示。观察图4可发现，隔板材料饱和度为92%的电池的正极活性物质主要为β-PbO2，隔板材料饱和度为100%的电池的正极活性物质主要为PbSO4和β-PbO2。

观察图5可发现，隔板材料饱和度为92%和100%的电池的正极活性物质的SEM图差异较大，其中寿命已终止的隔板材料饱和度为92%的电池的正极活性物质所出现的颗粒相互独立；寿命已终止的隔板材料饱和度为100%的电池的正极活性物质出现彼此相连的颗粒，且有未转化的PbSO4颗粒出现。

图4 隔板材料饱和度不同的电池的XRD图

图5 隔板材料饱和度不同的电池的SEM图

隔板材料饱和度为100%的电池寿命终止的主要原因是正极活性物质的充电不足，而隔板材料饱和度为92%的电池由于正极活性物质所出现的颗粒相互独立，接触效果较差，从而造成电池的内阻增加最终造成电池的失效[5]。当阀控式铅酸蓄电池的隔板材料的饱和度过高时，电池正极活性物质出现充电不足的现象，这主要是因为当电池进行恒压限流充电时，电池负极因氧复合的能力不足使得电位较负，从而造成电池的电压迅速达到恒压值，最终使得电池的正极活性物质处于欠充状态，此时，继续循环时就会由于正极活性物质充电不足造成电池失效。

3 结论

当阀控式铅酸蓄电池的隔板材料的饱和度过高时，电池的充电效率大大降低且循环寿命较短。这主要是因为电池进行恒压限流充电时，电池负极因氧复合的能力不足造成电池的电压迅速达到恒压值。对于正极板栅合金为Pb-Ca-Sn合金的阀控式铅酸蓄电池，当隔板材料的饱和度为90%～96%时，电池的循环寿命较高。

[1]曹才开.延长阀控密封铅酸蓄电池寿命的研究[J].电源技术，2004(6)：354-357.

[2]孔德龙,周庆申.隔板在阀控式密封铅酸蓄电池中的应用[J].电源技术，2007(9)：736-740.

[3]王杜友，张继胜，茆黎明，等.电池组装压力对AGM隔板吸酸饱和度的影响[J].蓄电池，2014(4)：167-170，185.

[4]马俊立，胡彩娟，王崇阳.提高动力用VRLA电池循环寿命的措施[J].蓄电池，2007(4)：155-157.

[5]戎春园.变电站阀控式密封铅酸蓄电池失效原因分析及对策[J].低碳世界，2013，14：32-34.

[6]包有富.AGM隔板饱和度对VRLA电池循环寿命的影响[J].电池,2007(4):284-285.

Relationship between plate saturation and valve controlled lead acid battery life

SUN Jin-li
(State Grid Hubei Electric Power Company,Wuhan Hubei 430050,China)

The main research contents were the relationship between separator material saturation and the cycle life of valve regulated lead acid battery used in substations. The main content of the test was carrying out DOD(deep circulation,i.e.,discharge 100%)cycle life test for 5 batteries with different saturation degree.The saturation of AMG separator material was 90%-98%, which made the cycle life of valve regulated lead acid battery to be greatly improved.It was found that the valve regulated lead-acid battery positive electrode active material shortage would lead to higher saturation of the separator material and shorter cycle life of the valve controlled lead-acid battery.

lead-acid battery;AGM separator materials;saturation;cycle life

TM 912

A

1002-087 X(2017)10-1450-02

2017-03-15

孙金莉(1982—)，女，湖北省人，高级工程师，主要研究方向为电池、电源新型材料的开发与应用。