裝配壓力對(duì)電動(dòng)自行車(chē)用鉛酸蓄電池的影響

孫廷猛，郭志剛，吳偉，肖林

（ 1. 浙江天能動(dòng)力能源有限公司，浙江 長(zhǎng)興 313100；2. 天能電池集團(tuán)有限公司，浙江 長(zhǎng)興 313100）

0 引言

影響鉛酸蓄電池性能的因素有很多。裝配壓力作為鉛酸蓄電池制造工藝的重要參數(shù)之一，就直接或者間接地影響電池的性能[1-5]。有學(xué)者認(rèn)為，蓄電池裝配壓力應(yīng)被控制在 19.7～59.2 kPa[6]；也有文獻(xiàn)報(bào)道，裝配壓力值應(yīng)控制在 20～80 kPa[7]；亦有人認(rèn)為，應(yīng)控制在 40～60 kPa[8]。在電池外形尺寸一定的情況下，裝配壓力與極板的厚度、數(shù)量，以及 AGM 隔板的厚度、壓縮率、回彈性等有關(guān)。如果極板的厚度與數(shù)量是一定的，那么極群裝配壓力值就與隔板的厚度、壓縮率、回彈性密切相關(guān)。

1 實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的 AGM 隔板，由于粗細(xì)纖維質(zhì)量比、最大孔徑、孔率、拉伸強(qiáng)度，以及生產(chǎn)工藝有所差別，因此即使厚度相同，裝配壓力也有一定的差異。對(duì)加注電解液后的極群進(jìn)行濕態(tài)壓力測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其濕態(tài)壓力的差異更明顯。鑒于此，筆者采用同一制造廠(chǎng)商生產(chǎn)的，由相同原料制作的不同厚度隔板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。采用同一批次極板（質(zhì)量差值為±0.3 g），組裝成 6-DZF-20電池，并按 GB/T 22199.1—2017 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 裝配壓力

由圖 1 可以看出，在 50 kPa 之前，濕態(tài)裝配壓力與干態(tài)壓力呈線(xiàn)性變化。在此范圍內(nèi)，電池加酸后，AGM 隔板吸酸、收縮特性一致，因此隨著隔板厚度增加，干/濕態(tài)裝配壓力線(xiàn)性增加。當(dāng)超過(guò)50 kPa 后，隔板壓縮率過(guò)大，部分纖維發(fā)生滑移，回彈性減弱，線(xiàn)性增加趨勢(shì)變緩。

2.2 飽和吸酸量（余酸量）

由表 1 和圖 2 可知，當(dāng)鉛酸蓄電池的裝配壓力在 25～50 kPa 范圍內(nèi)時(shí)，電池裝配壓力與電池余酸量成遞減式變化，而當(dāng)裝配壓力在 50～70 kPa 范圍內(nèi)時(shí)，電池裝配壓力與電池余酸量呈遞增式變化。這是因?yàn)椋S著隔板壓縮率增大，纖維吸酸量減少，造成 AGM 隔板總的吸酸量減少，余酸量就呈遞增式上升，電池內(nèi)酸量相應(yīng)減少。

2.3 電池一次放電合格率

由圖 3 可以看出，當(dāng)溫度、酸量、極板質(zhì)量相同時(shí)，裝配壓力對(duì)電池一次放電合格率有很大的影響。當(dāng)裝配壓力小于 50 kPa 時(shí)，電池放電合格率的差異不大。雖然隨著裝配壓力增加，壓縮率越來(lái)越大，隔板的孔徑、孔率有減小的趨勢(shì)，但是隔板厚度也增加，總的孔率變化不大，尤其是在濕態(tài)下，壓力縮小，對(duì)孔徑孔率影響減小，對(duì)化成過(guò)程中酸的擴(kuò)散離子遷移影響微弱，極板化成程度一致性差異不大。然而，當(dāng)隔板增加到一定厚度，裝配壓力增加到 50 kPa 以上時(shí)，裝配壓力變大，短纖維受到擠壓，隔板的孔徑、孔率隨著變化，孔徑減小到一定程度，影響電解液擴(kuò)散，又伴隨著加入硫酸量的減少，導(dǎo)致極板化成不均勻，放電容量不一致，從而影響電池一次放電合格率。

圖1 極群在不同狀態(tài)下的裝配壓力

表1 不同裝配壓力下的飽和吸酸量和余酸量

圖2 不同裝配壓力下的余酸量

圖3 不同裝配壓力電池的一次放電合格率

2.4 低溫性能

由圖 4 可以明顯地看出，當(dāng)電池裝配壓力低于50 kPa 時(shí)，電池的低溫性能隨著裝配壓力的增加而增大。這可能是因?yàn)?，?dāng)裝配壓力增加時(shí) AGM 隔板孔徑縮小，隔板的厚度增加，酸的總體積增加，可利用的酸量增加，因此低溫容量呈上升趨勢(shì)。當(dāng)電池裝配壓力大于 50 kPa 時(shí)，隔板壓縮率近一步增加，部分纖維發(fā)生位移，孔徑進(jìn)一步縮小，變成更不利于酸擴(kuò)散的小孔結(jié)構(gòu)，又伴隨著加入硫酸總量的減少，可利用的酸量減少，酸擴(kuò)散變得困難，且隔板吸酸量減少，因此電池低溫容量呈下降趨勢(shì)。

2.5 100 % DOD 循環(huán)壽命

對(duì)不同裝配壓力下的 6-DZF-20 實(shí)驗(yàn)電池進(jìn)行100 % DOD 放電循環(huán)壽命測(cè)試，當(dāng)放電時(shí)間小于96 min（即C2容量低于 16 Ah）時(shí)循環(huán)終止。從表2 中可以看出，不同裝配壓力的電池的循環(huán)壽命存在明顯差異。當(dāng)裝配壓力不高于 50 kPa 時(shí)，鉛酸電池循環(huán)次數(shù)隨裝配壓力增加呈遞增趨勢(shì)，而在超過(guò)50 kPa 以后，電池循環(huán)壽命開(kāi)始逐漸下降。其中，當(dāng)裝配壓力在 45～55 kPa 之間時(shí)，電池循環(huán)壽命較好，循環(huán)次數(shù)不低于 446 次，最高可達(dá) 482 次。

圖4 不同裝配壓力下電池的低溫性能

表2 不同裝配壓力電池循環(huán)壽命比較

3 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，裝配壓力對(duì)電動(dòng)自行車(chē)用鉛酸電池性能起到至關(guān)重要的作用，裝配壓力過(guò)大與過(guò)小都會(huì)降低電池性能。對(duì)于 6-DZF-20 電池，45～55 kPa 的裝配壓力是比較適中的。在這個(gè)范圍內(nèi)，電池的一致性、低溫性能、電池循環(huán)壽命都有很好的表現(xiàn)。