缩短胶体电池化成时间应用实践

2022-04-29徐冬明王景川李静

蓄电池 2022年2期

关键词：胶体电解液氢气

徐冬明，王景川，李静

（双登集团股份有限公司，江苏泰州 225500）

0 引言

胶体电池生产周期长，拉长了交付周期，影响客户的业务推进，导致提拉定单的诉求时有发生。经分析，生产周期长的主要原因在于化成时间长达12 d（占整个生产周期的 60 %）。分析并寻求缩短胶体电池化成时间正是本文的主题。

1 化成时间组成分析

胶体电池化成总时间为 12 d，以一条化成线路为例，有如下组成：① 注酸、接线时间 0.25 d；②充电时间 7.25 d；③ 调酸时间 1.75 d；④ 放电时间0.5 d；⑤ 深放电时间 1 d； ⑥ 倒酸、注胶时间 0.25 d；⑦ 容检时间（含容检后的充电） 1 d。

调酸与充电时间占化成总时间的 75 %。电池调酸需要逐只进行 2 次：第 1 次将酸密度调到 1.23 g/cm3；第二次将酸密度调到 1.25 g/cm3。当 240 只电池串联时，每只电池需 5 min，整路串联调 2 次需求时间合计则为 1.75 d。受充电效率影响，电池不能大电流短时间完成充电。同时，充电过程中会产生大量的热，导致电池温度升高。一般，温度超过 60 ℃ 就会对电池性能产生影响[1]。特别是在夏季，处于高温环境中，充电过程中电池温度很容易超过 60 ℃。受限于以上因素，电池充电时间较长，达 7.25 d。

调酸与充电外的 5 个步骤不是占用化成时间的主体，经前期多次改进已没有太大压缩空间。如果有一种设备或方法可以将串联调酸转变成并联调酸，1.75 d 的调酸时间将会被大大缩短。如果化成的电解液可以冷却，化成过程中将电池温度控制在60 ℃ 以下，就可以提高电流化成。鉴于此，酸循环系统应运而生。

2 试验验证

酸循环系统集成了储酸、配酸、注酸、调酸、酸循环、酸冷却等功能。每只电池与酸循环系统之间都存在电解液循环交换、冷却，也就是对同路电池可以同时注酸、调酸。由于酸循环系统还具备酸冷却、酸循环功能，可以带走化成过程中产生的热量，因此可以适当提高化成电流，缩短化成时间。为进行验证，我们引进一台酸循环系统（见图1）。

图1 酸循环系统

对于一路电池来说，酸循环系统对其调酸用时总共只要 10 min，而且可以在充电的同时进行调酸，所以不需单独设置调酸时间，即将原来的 2 次调酸时间由 1.75 d 压缩为 0 d。在化成制式方面，将充电电流提高 30 %，保持充电量不变，所以充电时间相应减少 30 %，计 2.17 d。注酸阶段减少近 2 h，因此共计缩短时间 4 d。采用酸循环系统和原化成工艺各化成 100 只 OPzV490 电池，进行对比。按照表1，测试电池的相关指标。其中，采用酸循环系统化成的电池循环性能测试方法如下：以2.0I10的电流恒流放电至单格平均电压为 1.80 V，然后在14.1 V/单格恒压下，限流 2.0I10充电 12 h。各 6 只电池串联循环，重复运行此过程[2]。

表1 两种化成方法对比表

针对采用酸循环系统后容放一致性略差，查找原因，发现酸循环系统在电解液循环时存在漏电流的问题。部分电流分流到电解液中，导致正极向负极的电流逐步减小（占比 2 %）。这是造成容放一致性偏低的主要原因。采用酸循环系统化成的电池循环性能略好，主要因为化成期间电池温度始终在40 ℃ 以下，化成过程稳定。

电池在化成过程中会产生氢气，而氢气的集聚有爆炸风险。鉴于此，酸循环设备配有排气机，把电池反应生成的气体不断抽到工作罐中再排出，稀释氢气浓度。同时，在酸管道中设有压缩空气，每间隔一段时间吹气 1 次，稀释酸循环系统各罐与管道中的氢气浓度[3-4]。因此，在试验验证时经常能听到氢气爆炸的声音。

3 批量验证

经厂家改进，把漏电流与氢气爆炸的问题解决后，进入到批量验证阶段。采用原化成工艺和酸循环系统各化成 240 只 OPzV1000 电池。酸循环化成电池容放一致性为 0.87 %，原化成工艺化成的电池其容放一致性为 2.51 %，因此对比结果是采用酸循环化成使电池容放一致性显著提升。同路电池同时注酸，又同时调酸，使一致性大大提高，也明显提高了循环性能（见图2）。其他对比项目的数据接近。通过批量验证，得出以下结论：