鉛酸蓄電池使用壽命影響因素及其電池失效原因

張 歆

張歆（1983-）女，河北邢臺市人，工作單位：天能集團。

在當前的社會發展過程中，我國的科學技術有了長足的進步，在鉛酸蓄電池的領域取得了較為優異的成果，并在其自身的高性價比的優勢下得到了廣泛的應用。但是在發展的過程中由于受到各種因素的影響，會對鉛酸蓄電池的使用壽命產生很大的影響，有的還會使得電池失效，所以采取有效的措施對鉛酸蓄電池的使用壽命進行延長已經顯得格外重要。本文主要就鉛酸蓄電池的使用壽命的影響因素以及電池失效的原因進行詳細分析，探索出能夠延長鉛酸蓄電池的壽命有效措施。

1 鉛酸蓄電池的基本概述

鉛酸蓄電池的基本特點分析

在鉛酸蓄電池的不斷發展過程中，其自身的特點也愈來愈突出，其中安全密封的特點是使用者比較關注的，在正常的操作過程當中電解液不會從電池的端子以及外殼當中泄漏出來，并且沒有自由酸，泄氣系統較好。對其進行維護比較的方便，使用壽命也相對較長，質量較為穩定，在可靠性方面比較高。

圖1 鉛酸蓄電池結構圖

鉛酸蓄電池的結構及工作原理分析

鉛酸蓄電池的結構比較的復雜，其中最為主要的就是正負極板以及隔板和電解液、電池槽等，由于用途不一樣也會在結構上有著一定的差別。

其工作原理就是正負極所發生的電化學反應，在鉛酸蓄電池進行放電的過程中負極Pb 轉化成PbSO4，正極α-PbO2和β-PbO2轉化成 PbSO4，將化學能轉化成電能。而在充電的過程中，主要就是外加電流除恢復電池的正負極活性物質的結構之外也發生析氧析氫的反映。

2 鉛酸蓄電池的使用壽命影響因素分析

自身結構的影響因素

鉛酸蓄電池和傳統的電池相比較而言有著一些不同，鉛酸蓄電池的電解液是封閉在隔離系統當中或者是以凝膠形式存在的。在設計和制造的工藝方面是對這一電池的使用壽命產生影響的一個重要因素。電池在一定的速率下的循環和起始酸的相對密度以及電池間的溫度等都有著關系，連續循環的工作狀態下，高充電電流以及電壓電池比較容易產生氧氣這樣就會比較容易引起電池的失效。

充電接受能力的影響因素

在這一過程中，如果是充電不當就會使得電池在使用壽命上縮短，鉛酸蓄電池的物理化學特征能夠使得充電控制比較的簡單，但是也要注意在動態充電接受能力以及恒電位下充電接受能力是對鉛酸電池的使用壽命有重要影響的一個因素。合適的充電策略能夠對電能的損失進行彌補，在電池的性能方面也能夠得以有效的改善，實踐證明，溫度是充電條件的一個最為關鍵的影響因素，提高溫度才能夠對電池完全快速的充電。

電解液質量及密度方面的影響因素

在鉛酸蓄電池當中的電解液是其結構中最為關鍵的內容，所以將其維持在一定的水平比較重要，它不只是用來導電還能夠產生熱量從極板轉移出來，倘若電解液的水平比極板的水平要低，那么裸露出來的極板區域就不會再具有電化學活性，這樣就會造成鉛酸蓄電池的局部熱量聚集，最終使得極板變形以及活性物質脫落，蓄電池的使用壽命也會隨之而縮短。

鉛酸蓄電池的管理系統影響因素

這一電池在生產工藝上相對比較成熟以及使用壽命較長，常作為是主要的能源來用于可更新的能源系統以及自動供給能源系統，但是其實際的使用壽命往往要比廠商所預期的要短很多，這對于整個的系統有著嚴重的影響。

3 鉛酸蓄電池的失效原因以及加強其使用壽命的策略

鉛酸蓄電池的失效原因分析

鉛酸蓄電池的失效原因是多方面的，其中正負極的板柵腐蝕變形是一個重要的因素，Pb-Ca-Sn 合金應依賴于鈣的含量和老化率進而來維持蓄電池壽命中Sn 的有效影響，在Ca/Sn 等于2.5 的時候，在所有電位下都有著較好的抗腐蝕性，但是這一值過高時腐蝕層就會從金屬上脫落，最主要的因素就是循環條件下收集器和板級間缺乏凝聚力，在這一過程中的金屬陽極電位是決定腐蝕的第二重要的因素，從這就能夠看出，對鉛酸蓄電池的系統充電控制參數對電池的壽命的增加以及維持其高再充電性能非常重要。

其次就是不可逆硫酸鹽化，當鉛酸蓄電池過放電以及長期的處在放電的狀態的時候就會對負極形成粗大難以接受的硫酸鉛結晶，這種現象如果是比較的輕微的能夠對其進行恢復，但是倘若嚴重的就會導致充不進電電極失效。

另外蓄電池的正極板活性物質的脫落以及軟化也是電池失效的重要原因，除了板柵所引起的活性物質脫落外在充放電的反復進行過程中，二氧化鉛顆粒間的結合就會松弛并軟化，以致從板柵上脫落，這樣就會直接導致電池的失效。

再者就是干涸或者熱失控，對于少維護電池要求充電電壓不超過單格2.4V，而在實際的使用過程中調壓的裝置則可能失控，這樣就會使得充電電壓過大就會使得電池的內阻下降，最終使得電池開裂失效。還有銻在活性物質上的嚴重積累以及早期的容量的損失也會導致電池的失效。除此之外還有枝晶穿透以及電池的電壓不均衡性和一些意外所造成的突然失效，例如部件選擇的不正確以及設計方面的不合理和沒有正確的使用等等。

強化鉛酸蓄電池的使用壽命策略

在對鉛酸蓄電池的使用壽命的影響因素以及電池失效的原因進行分析之后，下面就對其加強鉛酸蓄電池的使用壽命的策略進行探究，從多個角度進行研究。

首先對鉛酸蓄電池的使用以及維護要能夠和普通的蓄電池進行區別對待，不管是閥控式的密封鉛酸蓄電池抑或是防酸隔爆鉛酸蓄電池所采用的工作方式均是全浮充方式，而在實際的維護以及過程中相關的維護人員常常將兩者的維護方式混合使用，這明顯是不正確的。針對閥控式密封鉛酸蓄電池其自身通常會有濾酸墊，這樣就能夠有效防止酸霧逸出，當然這也是有條件的，也就是在存放期間應無氣體逸出。在充電電壓這一方面比較的嚴格，充電的電壓在2.35V 溫度在25℃以下的時候應無氣體逸出。

另外還能夠通過其他的一些方法對電池的循環壽命進行加強，例如當前最為常用的改變板柵合金的配方和采取熱處理工藝，選取能對低溫性能鉛膏進行改善的配方，或者是設置較為合適的充電制度以及工作的參數等等。通過對電池的極板的長寬比進行優化，保證電池容量基礎上盡量采取矮行電池，以此來降低電池的高度抑或是采取把電池水平放置的方法，以此來減少酸液的分層。

最后就是將閥控式密封鉛酸蓄電池均衡充電以及環境的溫度進行有效把控，也就是將充電的電壓調到2.33V/單體（25℃），充電30h，將充電的電壓調到2.35V/單體（25℃），充電20h。這兩種方法準確來說擇取前者較優。同時還要對鉛酸蓄電池的浮充電壓進行合理選擇，以及在充電時各電池端電壓壓差的均一性要能夠得以控制。對于較為嚴重的負極板硫化的現象，要采取不同類型的有機或者無機功能添加劑組合，以及先進的電池工作原理實施。

4 結語

綜上所述，對于鉛酸蓄電池的使用壽命的提高主要根據其失效的原因進行針對性的控制，另外采用三大段大電流脈沖過充電的方法能夠有效的對電池充電失水問題得以解決，與此同時在正常的使用過程中，要對電池進行常規性的檢查，測試蓄電池的性能，只有從多方面進行加強才能夠使蓄電池的使用壽命的問題得以有效的解決。