高密度AGM隔板的运用及特性比较分析

汤序锋，方明学，高根芳，代飞

（天能电池集团有限公司技术中心，浙江 长兴 313100）

0 引言

铅酸蓄电池中，作为电池的原料之一的 AGM隔板，是蓄电池重要组成部分。目前，由于高功率系列[1]铅蓄电池所用的隔板规格多样，密度不同，因此电池内部短路[2]故障率参差不齐，比普通低功率电池电池内部短路率高。针对此问题，采用高密度 AGM 隔板[3]与低密度 AGM 隔板来制备电池，从电池的短路故障率、自放电、容量、循环寿命性能进行比较分析。

1 隔板性能对比

隔板原料 SEM 对比结果见图 1。因为细纤维含量较大，所以高密度 AGM 隔板（以下简称 HV隔板）具有较强的耐压缩性，在一定压力下可提高吸液性能，增大渗透速度，减小最大孔径，但同时会使隔板弹性降低，强度下降，电阻增大[4]。与HV 隔板相比，低密度 AGM 隔板（以下简称 LV 隔板）中粗纤维含量较大，因此隔板在防止铅膏脱落和氧气转移方面的能力较强，而且 LV 隔板的成本较低。

图1 隔板 SEM 图

对 H V、LV 原料隔板取样，按照 J B/T 7630.1—1998 标准进行测试的结果见表1。吸液率测试是隔板在自由状态下进行的，与实装电池湿态吸酸情形有些不同。虽然 HV 隔板在自由状态下的吸液量比 LV 隔板的小，但电池解剖的结果表明，在电池内部 HV 隔板受压后仍保持很好吸酸性能，且吸酸完全。HV 隔板的渗透速度可达到 LV 隔板的水平，甚至还稍为好些，这对加酸作业和电池受压后吸酸量很重要。在抗拉强度上，LV 隔板比 HV隔板略微逊色[5]。另外，由于 HV 隔板为预裁好的样品，裁剪和运输过程中受压等情况，会对基重、渗透速度、吸液率和厚度等存在一定的影响。

表1 HV（高密） 原料与 LV（现用）隔板的参数

2 试验电池制作及过程分析

2.1 电池装配

为对比 HV、LV 两种隔板的特性，及对电池性能的影响，现分别采用定量 165 g/(m2·mm)、 厚度1.15 mm 的 HV 隔板和定量为 145 g/(m2·mm)、厚度1.20 mm 的 LV 隔板组装 6-FM-9 和 6-FM-22 电池（无内筋电池槽）各 600 只。

2.2 电池操作性

从表2 结果看：在干态情况下，对于 6-FM-9电池，采用 HV 隔板的极群压力平均值比采用 LV隔板的稍大 0.34 MPa，因此在电池装配工序极群入槽的操作性和加酸作业操作性均良好；而对于6-FM-22 电池，采用 HV 隔板的极群压力平均值比采用 LV 隔板的大 0.76 MPa，因此极群入槽操作过程存在高压缩率状态，但在作业过程中可以克服。

表2 极群压力 MPa

2.3 短路测试

对于 6-FM-9 电池和 6-FM-22 电池，设定电压700 V、电流 130 mA，进行极群短路测试的结果见表3。600 只 LV 隔板 6-FM-9 电池中，只有 5 只出现短路，短路测试不良率不太高； 600 只 HV 隔板 6-FM-9 电池中，除有 1 只为铅渣引起的短路之外，只有 2 只出现短路。对于 6-FM-22 电池，采用HV 隔板的电池短路测试不良率比采用 LV 隔板的低 2.0 %。综合而言，采用 HV 隔板对于减少电池极群短路不良问题有一定的效果。

表3 短路测试结果

2.4 电池检测

对 6-FM-22 电池以 528 W，对 6-FM-9 电池以216 W，进行放电，要求 2 种型号电池的放电时间均要大于 15 min。对于每种型号，在初始容量上，采用 HV 隔板的电池与采用 LV 隔板的电池相近。对于 6-FM-22 电池，采用 HV 隔板的电池放电容量比采用 LV 隔板的在平均值上少 0.3 s，在标准差上少 0.5 s；而对于 6-FM-9 电池，采用 HV 隔板的放电容量比采用 LV 隔板的在平均值上多 0.3 s，在标准差上也多 0.3 s（见表4）。并对 2 种型号电池，在倒立状态下以 0.1C过充电 5 h 后，没有发生漏酸的现象，说明隔板吸酸饱和度合适，没有过多游离酸析出。

表4 电池常温（25 ℃）容量性能对比 min

对 2 种型号电池以恒流 0.3C，限压 14.7 V，充电 6 h，然后对 6-FM-22 电池以 528 W 负载放电到终止电压 9.6 V，对 6-FM-9 电池以 216 W 负载放电到终止电压 9.6 V，在 25 ℃ 环境温度下进行循环寿命测试。从图 2 可见，由于 HV 隔板具有较强的耐压缩性，从而在阀控式电池中能提供专门的氧气通道，可提高密闭氧循环效率，明显减少了电池的析气量，防止电池干涸，延长蓄电池的循环寿命，因此采 HV 隔板的电池的放电容量和循环寿命比采用LV 隔板的好。

图2 循环测试结果

图3 6-FM-22 电池静置 30 d 的电压和内阻

分别取 5 只 HV 隔板和 LV 隔板 6-FM-22 电池，静置于环境温度 25 ℃ 下 30 d，测量各只电池的开路电压与内阻变化值。在静置 30 d 后，HV 隔板电池的开路电压比 LV 隔板电池的高 0.04 V，内阻略高 0.2 mΩ（见图 3）。在电池正负极自放电现象中，隔板的性能直接影响电池的性能。正极板自放电的速度还取决于氧的过电位值，在阳极腐蚀过程中，隔板发生腐蚀反应，正极活物质和板栅合金接触，自放电按照 5PbO2+2Sb+H2SO4=SbO2SO4+5PbSO4+6H2O 的方式进行，生成氧化物 H+。还有在不同时间下，隔板的吸酸量、电解液密度与正极硫酸盐化速度之间有关系。根据有关实验文献记载，当电池的电解液密度在 1.1 g/cm3左右时，自放电随着时间的延长向电解液密度高的方向移动，而且在蓄电池使用期间，自放电随着电解液密度降低而增大。

2.5 电池解析

对制备的 4 种电池进行解剖，了解极群湿态情况下酸量和板群压力的情况（见表5）。HV 隔板电池中电解液均吸附完全，没有多余的游离酸，隔板吸酸情况与新的 LV 隔板电池的相同，饱和度达95 %。在湿态下，对于 6-FM-22 型号，HV 隔板电池的极群压力比 LV 隔板电池的高 0.19 MPa，对于6-FM-9 型号，HV 隔板电池的极群压力比 LV 隔板电池的高 0.05 MPa。从以上测试数据可以看出，极群在湿态情况下，HV 隔板的压力平均值比 LV 隔板的高，也就是说隔板耐压性高，收缩性小，对于电池容量方面的优势与隔板吸酸饱和度有直接的关系。

表5 解剖后极群湿态压力 MPa

3 结论

通过试验分析可知，HV 隔板在电池内部受压后比 LV 隔板具有很好吸酸性能，但在抗拉强度上，LV 隔板比 HV 隔板略微逊色。对于同样的压力条件，干湿态情况下，采用 HV 隔板的极群压力平均值比采用 LV 隔板的稍大，隔板短路率略低2.0 %。因此，HV 隔板对电池极群短路不良方面有一定的改善效果，但是，采用 HV 隔板的电池容量的平均值、标准差、极差值都比采用 LV 隔板电池的略低。电池循环寿命测试结果表明，无论采用哪种隔板，电池的寿命没有明显的差异，但是经过静置 30 d，相对来说，采用 HV 隔板电池的开路电压值、内阻值更高。经批量生产试验，在作业过程中电池装配、加酸等操作没有受到影响。