增強正極板活性物質與板柵結合牢固的方法

王海燕

【摘 要】鉛酸蓄電池正極板活性物質與板柵的結合程度，主要取決于極板固化和極板的化成。極板固化和極板化成是極板生產過程中比較關鍵的兩道工序，固化和化成質量的好壞直接影響到電池的容量和壽命等各項性能指標。文章通過對固化溫、濕度的調整，對固化室進行加裝蒸汽加濕系統和儲氣罐提高濕度的改造，以及降低極板化成充電電流，并延長充電時間，從而使正極板活性物質與板柵的結合更加牢固，達到延長摩托車啟動用鉛酸蓄電池的使用壽命的效果。

【關鍵詞】鉛酸蓄電池;極板固化、極板化成、極板活性物質、板柵、牢固

【中圖分類號】TM912.6 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）02-0061-03

1 概述

在對摩托車啟動用鉛酸蓄電池固化溫度和濕度提高，以及對化成充電電流降低和延長充電時間兩種工藝過程中，對化成后的熟極板進行了跌落試驗對比分析，發現不同工藝下生產的正熟極板的活性物質與板柵的結合強度有明顯的不同。經組裝電池性能試驗發現，改善固化和化成極板工藝后所裝電池的循環壽命有了較為顯著的提高。

2 鉛酸蓄電池板柵、活性物質、固化、化成的介紹

2.1 板柵和活性物質

摩托車啟動用鉛酸蓄電池板柵，是由正、負不同的鉛鈣合金，通過鑄板機和板柵模重力澆注出來的，正、負板柵主要由四周的邊框、橫筋條、豎筋條和板耳4個部分組成，邊框的作用是板柵在涂板的過程中防止生極板變形和開裂，起加強的作用;橫筋條的作用是用來支撐活性物質，防止活性物質脫落;豎筋條是用來傳遞電流的，豎筋條的粗細決定了承載電流的大小，正板耳與負板耳相連，從而形成匯流排。活性物質是由電解鉛通過鉛粉機磨成粉，加入酸、水、正負添加劑進行攪拌，涂到板柵上。活性物質的多少決定了電池的容量大小。

2.2 濕極板固化

摩托車啟動用鉛酸蓄電池的正、負板柵經過涂膏后就形成了正、負濕極板。正、負濕極板中主要是Pb、PbO、Pb（OH）2、PbSO4、H2SO4、Pbo·PbSO4、2PbO·PbSO4、3PbO·PbSO4、4PbO·PbSO4、H2O等構成。濕極板的固化，就是在一定的溫度條件下進行干燥，使鉛膏里的水分逐漸減少;在一定的濕度、溫度條件下進行固化，未氧化的金屬鉛繼續被氧化，從而保證正、負活性物質與板柵結合牢固，根據我們對電池性能的要求，正、負生極板內形成我們需要的晶體結構。化成后，形成不同類型的PbO2，對電池的壽命和放電性能起決定性的作用，因此，濕極板固化這個工序是個特別關鍵的工序。

2.2.1 固化中水的控制

涂膏后的正、負濕極板的過程含水率在10%左右，不是溫度越高，失水越快，生極板含水越少，越好。如果水分失去太快，極板表面會產生大量穿透性的裂紋，板柵與活性物質的結合會比較疏松，影響電池的性能，因此，在提高溫度的同時，需要提高固化室的濕度，使極板的失水與活性物質中鉛膏的收縮同比例，最終，保證正生極板水分含量不大于2%，負生極板水分含量不大于4%，正、負生極板表面無裂紋，正、負活性物質與板柵結合牢固即可。

2.2.2 固化中鉛氧化的控制

在固化過程中，不同的水分、不同的溫度、不同的濕度、不同的固化時間會生成不同類型的氧化鉛，若形成PbO·PbSO4較多，板柵與活性物質會結合疏松，是我們所不需要;若2PbO·PbSO4較多，結構會很不穩定;若3PbO·PbSO4較多，晶體形狀為針形或棒形，活性物質與板柵結合較牢固，所裝電池放電性能會比較好;若4PbO·PbSO4較多，所裝電池放電量會比較小，但電池壽命長。因此根據我們對電池性能的要求，需要采用合適的固化溫度、濕度和時間來保證把極板固化好。

2.3 生極板化成

生極板化成就是把固化出來的正、負生極板，放在化成小槽中，小槽內加入一定濃度的稀硫酸，對于不同的生極板，采用不用的充電電流和充電時間，經過幾個階段的充、放電，氧化、還原反應后，使正極板生成PbO2，負極板生成金屬鉛Pb的過程。如果充電的電流過大，充電時間過長，正極板容易出現脫粉現象即活性物質與板柵結合不牢固;如果充電電流過小，充電時間過短，容易出現白板;更甚的充電電流與充電時間不匹配，極板會出現不管后期如何補充都充不熟的現象，因此需要采用合理的充電電流和充電時間，才能保證正、負生極板化成后，正極板PbO2的含量和負極Pb的含量達到工藝的要求。

3 改善措施

3.1 現有固化室加裝蒸汽加濕系統并設置蒸汽儲氣罐

由于固化室極板固化操作過程中存在的入爐操作過程長、爐門開啟頻繁、溫濕度作業過程中流失嚴重、不能快速補充濕度容易導致極板表面產生裂紋的問題，化成后正極板板柵與活性物質結合差，易脫粉。因此在該設備上采用蒸汽鍋爐使用電加熱，功率36 kW，自動控制自動補水儲氣，設一拖二主管和一拖二支管各1組，各固化室可單獨控制。作業前先確認水、電、氣是否正常，再開啟蒸氣爐加熱，約20 min可達到儲氣罐設定壓力（7 kg）。爐內有人工作業時自動開啟蒸汽閥支管補充一定濕度和溫度，爐內裝滿固化時自動切換至主蒸汽管快速補充爐內溫、濕度，達到設定的溫、濕度時自動停止供氣。改造后，一方面可以在開啟爐門作業時補充一部分蒸汽以保證作業面有一定的溫度和濕度，另一方面可以在關閉爐門時快速提高爐內溫、濕度以防止極板表面出現裂紋，并且可以在固化過程中提高濕度以達到100%的濕度。

3.2 提高固化溫度和濕度

改善前的固化工藝如表1所示，改善后固化工藝如表2所示。

3.3 降低化成充電電流，延長極板化成充電時間

化成充電的電流和化成時間是否合理，直接影響活性物質與板柵的結合程度，從而影響到電池的質量。因此，第三階段化成充電電流降低10 A，充電時間延長1 h，采用小電流長時間充電，防止過充，從而保證化成后熟極板活性物質和板柵結合得更牢固。

4 改善工藝后的效果

（1）工藝改善前和改善后大片正熟極板及小片正熟極板1 m高跌落水平地面跌落次數與跌落率數據對比見表3。

從上表統計數據分析，改進固化和化成工藝后的板柵與活性物質的結合強度有比較明顯的提高，同時活性物質與板柵的結合也更牢固。

（2）改善固化和化成工藝前的熟極板圖片可看出，化成后正極板形成的βPbO2相對多些，骨架結構不明顯，說明在合膏和固化過程中鉛膏中形成的PbO·PbSO4、2PbO·PbSO4、3PbO·PbSO4相對較多，導致結合較疏松;改善固化和化成工藝后熟極板的圖片可看出，化成后正極板形成的αPbO2相對多些，骨架結構明顯，說明在合膏和固化過程中鉛膏中形成的4PbO·PbSO4相對較多，結合緊密，電池壽命會延長。

（3）所裝配電池性能與壽命對比。從實際試驗和檢測的數據可看出，改善固化和化成工藝前和改善固化和化成工藝后相比，電池初期容量和在-18 ℃低溫時稍有下降，但大電流放電和充電接收能力沒有影響，所裝配的電池進行壽命測試，改善固化和化成工藝后的極板所裝電池比改善固化和化成工藝后極板所裝電池多出了60次。

電池組壽命檢測終止后，對每組中的落后電池進行解剖觀察，發現改善固化和化成工藝前所裝電池的正極板板柵均腐蝕斷裂，活性物質均脫落;而改善固化和化成工藝后所裝電池的正極板柵外形完整，雖然由于腐蝕板柵的機械強度有所降低，板柵橫筋條和豎筋條的連接處有腐蝕斷裂現象，但活性物質還是有一定的強度，雖有軟化但未脫落。

5 結論

修改固化和化成工藝后，在合膏和固化過程中鉛膏中形成的4PbO·PbSO4相對較多，化成后正極板形成的αPbO2相對多些，骨架結構明顯，板柵與活性物質的結合強度有明顯的提高。從所裝電池檢測的性能來看，修改固化和化成工藝前與修改固化和化成工藝后相比，容量和-18 ℃低溫容量稍有下降，但大電流放電和充電接收性能沒有影響，電池壽命提高了60次。因此，提高固化的溫度到53 ℃和提高固化的濕度到100%;降低化成充電電流10 A，延長充電時間1 h，可以使板柵與活性物質的結合更牢固，所裝電池的使用壽命更長。

參 考 文 獻

[1]伊曉波.鉛酸蓄電池制造與過程控制[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2]劉廣林.鉛酸蓄電池工藝學概論[M].北京：機械工業出版社，2011.

[3]任名章.機械振動的分析與控制及計算方法[M].北京：機械工業出版社，2011.

[責任編輯：鐘聲賢]