增强正极板活性物质与板栅结合牢固的方法

王海燕

【摘 要】铅酸蓄电池正极板活性物质与板栅的结合程度，主要取决于极板固化和极板的化成。极板固化和极板化成是极板生产过程中比较关键的两道工序，固化和化成质量的好坏直接影响到电池的容量和寿命等各项性能指标。文章通过对固化温、湿度的调整，对固化室进行加装蒸汽加湿系统和储气罐提高湿度的改造，以及降低极板化成充电电流，并延长充电时间，从而使正极板活性物质与板栅的结合更加牢固，达到延长摩托车启动用铅酸蓄电池的使用寿命的效果。

【关键词】铅酸蓄电池;极板固化、极板化成、极板活性物质、板栅、牢固

【中图分类号】TM912.6 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）02-0061-03

1 概述

在对摩托车启动用铅酸蓄电池固化温度和湿度提高，以及对化成充电电流降低和延长充电时间两种工艺过程中，对化成后的熟极板进行了跌落试验对比分析，发现不同工艺下生产的正熟极板的活性物质与板栅的结合强度有明显的不同。经组装电池性能试验发现，改善固化和化成极板工艺后所装电池的循环寿命有了较为显著的提高。

2 铅酸蓄电池板栅、活性物质、固化、化成的介绍

2.1 板栅和活性物质

摩托车启动用铅酸蓄电池板栅，是由正、负不同的铅钙合金，通过铸板机和板栅模重力浇注出来的，正、负板栅主要由四周的边框、横筋条、竖筋条和板耳4个部分组成，边框的作用是板栅在涂板的过程中防止生极板变形和开裂，起加强的作用;横筋条的作用是用来支撑活性物质，防止活性物质脱落;竖筋条是用来传递电流的，竖筋条的粗细决定了承载电流的大小，正板耳与负板耳相连，从而形成汇流排。活性物质是由电解铅通过铅粉机磨成粉，加入酸、水、正负添加剂进行搅拌，涂到板栅上。活性物质的多少决定了电池的容量大小。

2.2 湿极板固化

摩托车启动用铅酸蓄电池的正、负板栅经过涂膏后就形成了正、负湿极板。正、负湿极板中主要是Pb、PbO、Pb（OH）2、PbSO4、H2SO4、Pbo·PbSO4、2PbO·PbSO4、3PbO·PbSO4、4PbO·PbSO4、H2O等构成。湿极板的固化，就是在一定的温度条件下进行干燥，使铅膏里的水分逐渐减少;在一定的湿度、温度条件下进行固化，未氧化的金属铅继续被氧化，从而保证正、负活性物质与板栅结合牢固，根据我们对电池性能的要求，正、负生极板内形成我们需要的晶体结构。化成后，形成不同类型的PbO2，对电池的寿命和放电性能起决定性的作用，因此，湿极板固化这个工序是个特别关键的工序。

2.2.1 固化中水的控制

涂膏后的正、负湿极板的过程含水率在10%左右，不是温度越高，失水越快，生极板含水越少，越好。如果水分失去太快，极板表面会产生大量穿透性的裂纹，板栅与活性物质的结合会比较疏松，影响电池的性能，因此，在提高温度的同时，需要提高固化室的湿度，使极板的失水与活性物质中铅膏的收缩同比例，最终，保证正生极板水分含量不大于2%，负生极板水分含量不大于4%，正、负生极板表面无裂纹，正、负活性物质与板栅结合牢固即可。

2.2.2 固化中铅氧化的控制

在固化过程中，不同的水分、不同的温度、不同的湿度、不同的固化时间会生成不同类型的氧化铅，若形成PbO·PbSO4较多，板栅与活性物质会结合疏松，是我们所不需要;若2PbO·PbSO4较多，结构会很不稳定;若3PbO·PbSO4较多，晶体形状为针形或棒形，活性物質与板栅结合较牢固，所装电池放电性能会比较好;若4PbO·PbSO4较多，所装电池放电量会比较小，但电池寿命长。因此根据我们对电池性能的要求，需要采用合适的固化温度、湿度和时间来保证把极板固化好。

2.3 生极板化成

生极板化成就是把固化出来的正、负生极板，放在化成小槽中，小槽内加入一定浓度的稀硫酸，对于不同的生极板，采用不用的充电电流和充电时间，经过几个阶段的充、放电，氧化、还原反应后，使正极板生成PbO2，负极板生成金属铅Pb的过程。如果充电的电流过大，充电时间过长，正极板容易出现脱粉现象即活性物质与板栅结合不牢固;如果充电电流过小，充电时间过短，容易出现白板;更甚的充电电流与充电时间不匹配，极板会出现不管后期如何补充都充不熟的现象，因此需要采用合理的充电电流和充电时间，才能保证正、负生极板化成后，正极板PbO2的含量和负极Pb的含量达到工艺的要求。

3 改善措施

3.1 现有固化室加装蒸汽加湿系统并设置蒸汽储气罐

由于固化室极板固化操作过程中存在的入炉操作过程长、炉门开启频繁、温湿度作业过程中流失严重、不能快速补充湿度容易导致极板表面产生裂纹的问题，化成后正极板板栅与活性物质结合差，易脱粉。因此在该设备上采用蒸汽锅炉使用电加热，功率36 kW，自动控制自动补水储气，设一拖二主管和一拖二支管各1组，各固化室可单独控制。作业前先确认水、电、气是否正常，再开启蒸气炉加热，约20 min可达到储气罐设定压力（7 kg）。炉内有人工作业时自动开启蒸汽阀支管补充一定湿度和温度，炉内装满固化时自动切换至主蒸汽管快速补充炉内温、湿度，达到设定的温、湿度时自动停止供气。改造后，一方面可以在开启炉门作业时补充一部分蒸汽以保证作业面有一定的温度和湿度，另一方面可以在关闭炉门时快速提高炉内温、湿度以防止极板表面出现裂纹，并且可以在固化过程中提高湿度以达到100%的湿度。

3.2 提高固化温度和湿度

改善前的固化工艺如表1所示，改善后固化工艺如表2所示。

3.3 降低化成充电电流，延长极板化成充电时间

化成充电的电流和化成时间是否合理，直接影响活性物质与板栅的结合程度，从而影响到电池的质量。因此，第三阶段化成充电电流降低10 A，充电时间延长1 h，采用小电流长时间充电，防止过充，从而保证化成后熟极板活性物质和板栅结合得更牢固。

4 改善工艺后的效果

（1）工艺改善前和改善后大片正熟极板及小片正熟极板1 m高跌落水平地面跌落次数与跌落率数据对比见表3。

从上表统计数据分析，改进固化和化成工艺后的板栅与活性物质的结合强度有比较明显的提高，同时活性物质与板栅的结合也更牢固。

（2）改善固化和化成工艺前的熟极板图片可看出，化成后正极板形成的βPbO2相对多些，骨架结构不明显，说明在合膏和固化过程中铅膏中形成的PbO·PbSO4、2PbO·PbSO4、3PbO·PbSO4相对较多，导致结合较疏松;改善固化和化成工艺后熟极板的图片可看出，化成后正极板形成的αPbO2相对多些，骨架结构明显，说明在合膏和固化过程中铅膏中形成的4PbO·PbSO4相对较多，结合紧密，电池寿命会延长。

（3）所装配电池性能与寿命对比。从实际试验和检测的数据可看出，改善固化和化成工艺前和改善固化和化成工艺后相比，电池初期容量和在-18 ℃低溫时稍有下降，但大电流放电和充电接收能力没有影响，所装配的电池进行寿命测试，改善固化和化成工艺后的极板所装电池比改善固化和化成工艺后极板所装电池多出了60次。

电池组寿命检测终止后，对每组中的落后电池进行解剖观察，发现改善固化和化成工艺前所装电池的正极板板栅均腐蚀断裂，活性物质均脱落;而改善固化和化成工艺后所装电池的正极板栅外形完整，虽然由于腐蚀板栅的机械强度有所降低，板栅横筋条和竖筋条的连接处有腐蚀断裂现象，但活性物质还是有一定的强度，虽有软化但未脱落。

5 结论

修改固化和化成工艺后，在合膏和固化过程中铅膏中形成的4PbO·PbSO4相对较多，化成后正极板形成的αPbO2相对多些，骨架结构明显，板栅与活性物质的结合强度有明显的提高。从所装电池检测的性能来看，修改固化和化成工艺前与修改固化和化成工艺后相比，容量和-18 ℃低温容量稍有下降，但大电流放电和充电接收性能没有影响，电池寿命提高了60次。因此，提高固化的温度到53 ℃和提高固化的湿度到100%;降低化成充电电流10 A，延长充电时间1 h，可以使板栅与活性物质的结合更牢固，所装电池的使用寿命更长。

参 考 文 献

[1]伊晓波.铅酸蓄电池制造与过程控制[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]刘广林.铅酸蓄电池工艺学概论[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3]任名章.机械振动的分析与控制及计算方法[M].北京：机械工业出版社，2011.

[责任编辑：钟声贤]