对大型阀控铅酸蓄电池极板两种化成工艺的讨论

作者：胡耀东
一般把生极板装配成蓄电池后，再加入电解液充电化成的工艺方法叫做“内化成”。把先将生极板用化成槽充电化成的工艺方法叫做“外化成”中国在80年代未开始发展大型阀控式密封铅酸蓄电池，同时从国外引进和国内某专业研究所技术转让的“内化成”技术，开始用于生产—这种技术经过了这卜几年的生产实践。尽管在不断改进提高，但从产品质量保证系数和质量成本等方面综合分析，“内化成”工艺仍值得进一步改进和探讨。现就近十几年来的生产技术工作实践体会发表一些意见，以供同行参考。 1 两种“内化成”工艺(表1)

1.1 生极板铅膏内含酸量为30g(纯硫酸)／kg铅粉，内化成时加入密度为1.250～1.255 (15℃)的硫酸溶液，加量按额定容量12mL／Ah(电液内有的添加1％(的无水硫酸钠)。因为灌液时间较长，有的厂工艺规定不是灌注后立即通电，而是要浸泡4～8h，并采用表中第一种化成制度。化成过程中电池内极群上面温度为20～45℃。


1.2 生极板铅膏内含酸量为40g (纯硫酸)／kg铅粉，内化成时加入的密度为1.230 (25℃) 硫酸溶液，添加量按额定容量计算14～15 mL/Ah (其中一般也添加1％的无水硫酸钠)；采用第二种内化成制度，电池内温度也控制在20～45℃，夏天用水浴冷却，由于电流较大，水分损耗，但因添加量较大，密度较低，充电时间较长，最后电液密度可上升至1.285～1.290 (25℃)。


2 两种“内化成”工艺的效果比较与分析

2.1 从化成质量来看，第二种工艺山于耗电量大、时间长，三充两放时间共需130 h，化成较为彻底。初容量不合格的在0.1％以下。而采用第一种“内化成”工艺的除了铅膏配方上有些差异外，就是充电电量较少、时间较短，共需103 h，但化成不够彻底，初容量不合格的往往为2％～5％，而且解剖观察正极板有花白的现象严重。如果用深循环的办法充放试验，则会出现容量明显衰减的情况。多年的生产实践表明，采用“内化成”工艺，如果第一次化成不透，以后就再难以补救，在深循环使用的情况下，早期容量衰减现象十分突出。尽管只有2％～5％不合格，但严重影响质量成本。从实际使用情况来看，浮充运行3年，就有容量下降至不能继续使用的现象，更换下来解剖观察，正极板表面有一层较厚的白色硫酸铅层，有个别电池干涸，或伴有内部活性物质软化，也有呈稀泥状的。


2.2 对于第二种“内化成”工艺的产品，质量情况比较好一些，由于铅膏配方中含酸量比前者要高一些，化成时加的电液密度较低，电液的总添加量较多，又是分期逐步加入，而且化成过程的前期和中期都在富液状态下进行充电，只有到最后才达到贫液状态-而且充电电流较大，三充两放耗电比较多，但化成较彻底，仅有0.1％～0.5％的初容量不合格的情况。浮充运行中如果长期充电不足也有早期容量衰减严重的现象，一般浮充运行3年后也有容量下降甚至不能使用的情况，但比前一种“化成”工艺的产品要少，因此质量成本较低一些。

表1

内

化

成

制

度
充电一阶段
充电二阶段
充电三阶段
一放电
再充一阶段
再充二阶段
再充三阶段

电流 时间

(A) (h)
电流 时间

(A) (h)
电流 时间

(A) (h)
电流 时间

(A) (h)
电流 时间

(A) (h)
电流 时间

(A) (h)
电流 时间

(A) (h)

1

2
0.1C10 30

0.142C10 30
0.05C10 15

0.071C10 15
0.025C10 15

0.0355C10 15
0.1C10 8

0.1C10 10
0.1C10 10

0.142C10 10
0.05C10 10

0.071C10 5
0.025C10 5

0.0355C10 10


注：第二种化成制度为三充两放，第二次放电与第一次相同，第三次充电与第二次充电相同。



33 引进的“内化成”工艺与国内上述两种“内化成”工艺比较

33.1 引进的“内化成”工艺是美国某公司的技术，估计铅膏内含酸量在50g／kg铅粉以上，而且铅粉是用“氧化法”生产的，铅粉晶形结构也与国内一般机械法生产的不同，砂型铅膏机械涂片，固化设备工艺与国内一般厂家采用的粘型铅膏手工涂片及固化工艺条件等等有很大差别，而且能严格控制化成时的电池温度，充电设备也是引进的，能做到稳压、稳流及自动程序控制，并在注液口上加上一个柱式漏斗，定量加液设备比较准确，在富液状态下进行充电化成较为彻底，曾解剖观察，正极板花白现象很少，负极板色泽正常，初容量也看不出衰减现象，但极板较厚。

3
3.2 过充电寿命试验结果表明，“内化成”与“外化成”工艺生产的产品并没有很大的差别，而在实际使用中却出现了较大的差别，如果大批量生产就会造成质量成本的增加，因此近年来只剩下少数厂家仍采用“内化成”的工艺，多数厂家则采用“外化成”的工艺。有的厂原来采用“内化成”工艺，由于质量成本较高，且影响产品声誉，不得已改为“外化成”工艺。

4
4 两种化成工艺的优缺点及选择意见

44.1 从电能的消耗来看，如果要求较好的初容量，“内化成”三充两放所用的电能与“外化成”工艺加补充电两充一放所耗电量基本相同。所需时间也一样，不同的只是“外化成”需较多的一次性厂房及设备的投资。

4
4.2 从控制产品质量观点出发，“外化成”工艺多了两道选品工序，这就是下片化成可以把发现有问题而漏检的生极板剔出。化成好后要经过干燥、修整、分片、刷极耳等工序，再逐片检验剔出熟极板中的不合格品，因为有些极板的质量问题，生极板是看不出来的，例如，极板的弯曲、脱皮、掉粉、疏松、负极板出现铁锈斑等质量问题，只有化成干燥后的熟极板才能看出来，而“内化成”是用极板组装电池，如果发生上述质量问题就不会及时发现，产品在使用中出现的质量问题就更难以追溯找出原因，因此采用“内化成”工艺给技术质量控制，技术工作提出了更严格的要求。在技术、设备、材料、生产环境、工人素质都还达不到高标准要求的情况下，还是采用传统的“外化成工艺”较好。对于200Ah以下的小型阀控式铅蓄电池来说，由于极板薄，结构紧密，采用“内化成”工艺可节约投资，但需采取一些必要的技术措施，如板栅合金采用多元低钙高锡合金，或铅一锑一镉超钙合金，铅膏配方采用CMC、多向异性向石墨等添加剂以及在正极铅膏中加入红丹。设备上必须采用自控充电设备及降温设备，当然还必须严格控制各工序的纯洁及均匀性能等，否则从质量和成本上都 不如采用“外化成”工艺可靠。





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