装配压力对电动自行车用铅酸蓄电池的影响

2018-12-21孙廷猛郭志刚吴伟肖林

蓄电池 2018年6期

孙廷猛，郭志刚，吴伟，肖林

（ 1. 浙江天能动力能源有限公司，浙江长兴 313100；2. 天能电池集团有限公司，浙江长兴 313100）

0 引言

影响铅酸蓄电池性能的因素有很多。装配压力作为铅酸蓄电池制造工艺的重要参数之一，就直接或者间接地影响电池的性能[1-5]。有学者认为，蓄电池装配压力应被控制在 19.7～59.2 kPa[6]；也有文献报道，装配压力值应控制在 20～80 kPa[7]；亦有人认为，应控制在 40～60 kPa[8]。在电池外形尺寸一定的情况下，装配压力与极板的厚度、数量，以及 AGM 隔板的厚度、压缩率、回弹性等有关。如果极板的厚度与数量是一定的，那么极群装配压力值就与隔板的厚度、压缩率、回弹性密切相关。

1 实验

在实际生产中，对于不同厂家生产的 AGM 隔板，由于粗细纤维质量比、最大孔径、孔率、拉伸强度，以及生产工艺有所差别，因此即使厚度相同，装配压力也有一定的差异。对加注电解液后的极群进行湿态压力测试，发现其湿态压力的差异更明显。鉴于此，笔者采用同一制造厂商生产的，由相同原料制作的不同厚度隔板进行实验。采用同一批次极板（质量差值为±0.3 g），组装成 6-DZF-20电池，并按 GB/T 22199.1—2017 标准进行检测。

2 结果与讨论

2.1 装配压力

由图 1 可以看出，在 50 kPa 之前，湿态装配压力与干态压力呈线性变化。在此范围内，电池加酸后，AGM 隔板吸酸、收缩特性一致，因此随着隔板厚度增加，干/湿态装配压力线性增加。当超过50 kPa 后，隔板压缩率过大，部分纤维发生滑移，回弹性减弱，线性增加趋势变缓。

2.2 饱和吸酸量（余酸量）

由表 1 和图 2 可知，当铅酸蓄电池的装配压力在 25～50 kPa 范围内时，电池装配压力与电池余酸量成递减式变化，而当装配压力在 50～70 kPa 范围内时，电池装配压力与电池余酸量呈递增式变化。这是因为，随着隔板压缩率增大，纤维吸酸量减少，造成 AGM 隔板总的吸酸量减少，余酸量就呈递增式上升，电池内酸量相应减少。

2.3 电池一次放电合格率

由图 3 可以看出，当温度、酸量、极板质量相同时，装配压力对电池一次放电合格率有很大的影响。当装配压力小于 50 kPa 时，电池放电合格率的差异不大。虽然随着装配压力增加，压缩率越来越大，隔板的孔径、孔率有减小的趋势，但是隔板厚度也增加，总的孔率变化不大，尤其是在湿态下，压力缩小，对孔径孔率影响减小，对化成过程中酸的扩散离子迁移影响微弱，极板化成程度一致性差异不大。然而，当隔板增加到一定厚度，装配压力增加到 50 kPa 以上时，装配压力变大，短纤维受到挤压，隔板的孔径、孔率随着变化，孔径减小到一定程度，影响电解液扩散，又伴随着加入硫酸量的减少，导致极板化成不均匀，放电容量不一致，从而影响电池一次放电合格率。

图1 极群在不同状态下的装配压力

表1 不同装配压力下的饱和吸酸量和余酸量

图2 不同装配压力下的余酸量

图3 不同装配压力电池的一次放电合格率

2.4 低温性能

由图 4 可以明显地看出，当电池装配压力低于50 kPa 时，电池的低温性能随着装配压力的增加而增大。这可能是因为，当装配压力增加时 AGM 隔板孔径缩小，隔板的厚度增加，酸的总体积增加，可利用的酸量增加，因此低温容量呈上升趋势。当电池装配压力大于 50 kPa 时，隔板压缩率近一步增加，部分纤维发生位移，孔径进一步缩小，变成更不利于酸扩散的小孔结构，又伴随着加入硫酸总量的减少，可利用的酸量减少，酸扩散变得困难，且隔板吸酸量减少，因此电池低温容量呈下降趋势。

2.5 100 % DOD 循环寿命

对不同装配压力下的 6-DZF-20 实验电池进行100 % DOD 放电循环寿命测试，当放电时间小于96 min（即C2容量低于 16 Ah）时循环终止。从表2 中可以看出，不同装配压力的电池的循环寿命存在明显差异。当装配压力不高于 50 kPa 时，铅酸电池循环次数随装配压力增加呈递增趋势，而在超过50 kPa 以后，电池循环寿命开始逐渐下降。其中，当装配压力在 45～55 kPa 之间时，电池循环寿命较好，循环次数不低于 446 次，最高可达 482 次。