高密度AGM隔板的運(yùn)用及特性比較分析

湯序鋒，方明學(xué)，高根芳，代飛

（天能電池集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，浙江 長興 313100）

0 引言

鉛酸蓄電池中，作為電池的原料之一的 AGM隔板，是蓄電池重要組成部分。目前，由于高功率系列[1]鉛蓄電池所用的隔板規(guī)格多樣，密度不同，因此電池內(nèi)部短路[2]故障率參差不齊，比普通低功率電池電池內(nèi)部短路率高。針對此問題，采用高密度 AGM 隔板[3]與低密度 AGM 隔板來制備電池，從電池的短路故障率、自放電、容量、循環(huán)壽命性能進(jìn)行比較分析。

1 隔板性能對比

隔板原料 SEM 對比結(jié)果見圖 1。因為細(xì)纖維含量較大，所以高密度 AGM 隔板（以下簡稱 HV隔板）具有較強(qiáng)的耐壓縮性，在一定壓力下可提高吸液性能，增大滲透速度，減小最大孔徑，但同時會使隔板彈性降低，強(qiáng)度下降，電阻增大[4]。與HV 隔板相比，低密度 AGM 隔板（以下簡稱 LV 隔板）中粗纖維含量較大，因此隔板在防止鉛膏脫落和氧氣轉(zhuǎn)移方面的能力較強(qiáng)，而且 LV 隔板的成本較低。

圖1 隔板 SEM 圖

對 H V、LV 原料隔板取樣，按照 J B/T 7630.1—1998 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試的結(jié)果見表1。吸液率測試是隔板在自由狀態(tài)下進(jìn)行的，與實裝電池濕態(tài)吸酸情形有些不同。雖然 HV 隔板在自由狀態(tài)下的吸液量比 LV 隔板的小，但電池解剖的結(jié)果表明，在電池內(nèi)部 HV 隔板受壓后仍保持很好吸酸性能，且吸酸完全。HV 隔板的滲透速度可達(dá)到 LV 隔板的水平，甚至還稍為好些，這對加酸作業(yè)和電池受壓后吸酸量很重要。在抗拉強(qiáng)度上，LV 隔板比 HV隔板略微遜色[5]。另外，由于 HV 隔板為預(yù)裁好的樣品，裁剪和運(yùn)輸過程中受壓等情況，會對基重、滲透速度、吸液率和厚度等存在一定的影響。

表1 HV（高密） 原料與 LV（現(xiàn)用）隔板的參數(shù)

2 試驗電池制作及過程分析

2.1 電池裝配

為對比 HV、LV 兩種隔板的特性，及對電池性能的影響，現(xiàn)分別采用定量 165 g/(m2·mm)、 厚度1.15 mm 的 HV 隔板和定量為 145 g/(m2·mm)、厚度1.20 mm 的 LV 隔板組裝 6-FM-9 和 6-FM-22 電池（無內(nèi)筋電池槽）各 600 只。

2.2 電池操作性

從表2 結(jié)果看：在干態(tài)情況下，對于 6-FM-9電池，采用 HV 隔板的極群壓力平均值比采用 LV隔板的稍大 0.34 MPa，因此在電池裝配工序極群入槽的操作性和加酸作業(yè)操作性均良好；而對于6-FM-22 電池，采用 HV 隔板的極群壓力平均值比采用 LV 隔板的大 0.76 MPa，因此極群入槽操作過程存在高壓縮率狀態(tài)，但在作業(yè)過程中可以克服。

表2 極群壓力 MPa

2.3 短路測試

對于 6-FM-9 電池和 6-FM-22 電池，設(shè)定電壓700 V、電流 130 mA，進(jìn)行極群短路測試的結(jié)果見表3。600 只 LV 隔板 6-FM-9 電池中，只有 5 只出現(xiàn)短路，短路測試不良率不太高； 600 只 HV 隔板 6-FM-9 電池中，除有 1 只為鉛渣引起的短路之外，只有 2 只出現(xiàn)短路。對于 6-FM-22 電池，采用HV 隔板的電池短路測試不良率比采用 LV 隔板的低 2.0 %。綜合而言，采用 HV 隔板對于減少電池極群短路不良問題有一定的效果。

表3 短路測試結(jié)果

2.4 電池檢測

對 6-FM-22 電池以 528 W，對 6-FM-9 電池以216 W，進(jìn)行放電，要求 2 種型號電池的放電時間均要大于 15 min。對于每種型號，在初始容量上，采用 HV 隔板的電池與采用 LV 隔板的電池相近。對于 6-FM-22 電池，采用 HV 隔板的電池放電容量比采用 LV 隔板的在平均值上少 0.3 s，在標(biāo)準(zhǔn)差上少 0.5 s；而對于 6-FM-9 電池，采用 HV 隔板的放電容量比采用 LV 隔板的在平均值上多 0.3 s，在標(biāo)準(zhǔn)差上也多 0.3 s（見表4）。并對 2 種型號電池，在倒立狀態(tài)下以 0.1C過充電 5 h 后，沒有發(fā)生漏酸的現(xiàn)象，說明隔板吸酸飽和度合適，沒有過多游離酸析出。

表4 電池常溫（25 ℃）容量性能對比 min

對 2 種型號電池以恒流 0.3C，限壓 14.7 V，充電 6 h，然后對 6-FM-22 電池以 528 W 負(fù)載放電到終止電壓 9.6 V，對 6-FM-9 電池以 216 W 負(fù)載放電到終止電壓 9.6 V，在 25 ℃ 環(huán)境溫度下進(jìn)行循環(huán)壽命測試。從圖 2 可見，由于 HV 隔板具有較強(qiáng)的耐壓縮性，從而在閥控式電池中能提供專門的氧氣通道，可提高密閉氧循環(huán)效率，明顯減少了電池的析氣量，防止電池干涸，延長蓄電池的循環(huán)壽命，因此采 HV 隔板的電池的放電容量和循環(huán)壽命比采用LV 隔板的好。

圖2 循環(huán)測試結(jié)果

圖3 6-FM-22 電池靜置 30 d 的電壓和內(nèi)阻

分別取 5 只 HV 隔板和 LV 隔板 6-FM-22 電池，靜置于環(huán)境溫度 25 ℃ 下 30 d，測量各只電池的開路電壓與內(nèi)阻變化值。在靜置 30 d 后，HV 隔板電池的開路電壓比 LV 隔板電池的高 0.04 V，內(nèi)阻略高 0.2 mΩ（見圖 3）。在電池正負(fù)極自放電現(xiàn)象中，隔板的性能直接影響電池的性能。正極板自放電的速度還取決于氧的過電位值，在陽極腐蝕過程中，隔板發(fā)生腐蝕反應(yīng)，正極活物質(zhì)和板柵合金接觸，自放電按照 5PbO2+2Sb+H2SO4=SbO2SO4+5PbSO4+6H2O 的方式進(jìn)行，生成氧化物 H+。還有在不同時間下，隔板的吸酸量、電解液密度與正極硫酸鹽化速度之間有關(guān)系。根據(jù)有關(guān)實驗文獻(xiàn)記載，當(dāng)電池的電解液密度在 1.1 g/cm3左右時，自放電隨著時間的延長向電解液密度高的方向移動，而且在蓄電池使用期間，自放電隨著電解液密度降低而增大。

2.5 電池解析

對制備的 4 種電池進(jìn)行解剖，了解極群濕態(tài)情況下酸量和板群壓力的情況（見表5）。HV 隔板電池中電解液均吸附完全，沒有多余的游離酸，隔板吸酸情況與新的 LV 隔板電池的相同，飽和度達(dá)95 %。在濕態(tài)下，對于 6-FM-22 型號，HV 隔板電池的極群壓力比 LV 隔板電池的高 0.19 MPa，對于6-FM-9 型號，HV 隔板電池的極群壓力比 LV 隔板電池的高 0.05 MPa。從以上測試數(shù)據(jù)可以看出，極群在濕態(tài)情況下，HV 隔板的壓力平均值比 LV 隔板的高，也就是說隔板耐壓性高，收縮性小，對于電池容量方面的優(yōu)勢與隔板吸酸飽和度有直接的關(guān)系。

表5 解剖后極群濕態(tài)壓力 MPa

3 結(jié)論

通過試驗分析可知，HV 隔板在電池內(nèi)部受壓后比 LV 隔板具有很好吸酸性能，但在抗拉強(qiáng)度上，LV 隔板比 HV 隔板略微遜色。對于同樣的壓力條件，干濕態(tài)情況下，采用 HV 隔板的極群壓力平均值比采用 LV 隔板的稍大，隔板短路率略低2.0 %。因此，HV 隔板對電池極群短路不良方面有一定的改善效果，但是，采用 HV 隔板的電池容量的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、極差值都比采用 LV 隔板電池的略低。電池循環(huán)壽命測試結(jié)果表明，無論采用哪種隔板，電池的壽命沒有明顯的差異，但是經(jīng)過靜置 30 d，相對來說，采用 HV 隔板電池的開路電壓值、內(nèi)阻值更高。經(jīng)批量生產(chǎn)試驗，在作業(yè)過程中電池裝配、加酸等操作沒有受到影響。