摘要：针对目前动力型铅酸蓄电池提出创新，着重介绍12V/10Ah电动自行车用铅布卷绕铅酸蓄电池的制造工艺及主要性能。尤其是快速充电性能及大电流放电性能。由于采用新的设计使电池有较高的Ñ­环寿命，完全满足了电动自行车对电池的性能方面的要求。

关键词：铅布板栅 铅布卷的绕铅酸蓄电池  快速充电性能  大电流放电性能

 　　　铅布板栅最早由美国Electrosource公司将其应用于动力用水平电池的制造中，获得了成功，在3小时率放电时，电池的质量比能量可达40-45Wh/Kg。但水平铅酸电池的自放电偏大，且使用不当容易出现失水问题。

电动自行车电池自然属于动力电池的范畴，作为动力电池，其与普通的汽车起动用SLI电池是有很大区别的。动力电池对深度放电性能、快速充电性能的要求较高。基于以上动力电池的使用特点，电动自行车用铅酸电池的失效模式主要有以下几点：

1、 电池在使用后期严重失水。这是电动自行车电池最常见的失效方式。

2、 电池的不可逆硫酸盐化。几乎所有报废电池都有不同程度的不可逆硫酸盐化。

3、 正极极板软化。这主要是由于电池深放电造成的。一个正常使用的电池，在不失水也不发生不可逆硫酸盐化，也没有过放电的情况下，电池的寿命就取决于正极板软化。

4、 正极板栅严重腐蚀。这主要是电动自行车铅酸电池为提高电池容量而故意提高酸液密度造成的。

通过对电动自行车用铅布卷绕铅酸蓄电池的研究，改进了板栅合金材料，采用新型电极添加剂，及优化电池装配、化成工艺有效地减少与缓解了上述电池在使用过程中遇到的问题。

1 实验

实验电池采用铅布作为板栅，涂膏极板和阀控密封结构。隔板为超细玻璃纤维隔板，采用电池化成工艺。

检测仪器：微电脑蓄电池Ñ­环放电测试仪(张家港)

2 结果与讨论

2.1 铅布板栅

制造铅布板栅的材料为多元铅基合金。铅基合金在低温高压下成为近液态物质，此时由耐高温的高强度玻璃纤维通过其中，由喷头挤出，制成铅丝。由这种铅丝编织成铅布，铅布再¾­过裁剪、加工即成为铅布板栅。铅酸蓄电池板栅腐蚀主要发生在晶界上，并沿着晶界渗透。而铅布板栅的晶粒细小、均匀并且晶界Õ­小，很大程度上提高了铅布板栅的抗腐能力。由于铅布板栅较一般板栅的耐腐蚀性要强，所以用其所制作的电池的电解液密度可适当提高，从而提高电池的容量。铅布板栅较普通铸造板栅用铅量要少，这样不仅降低了成本，而且在极板厚度不变的情况下还可以提高极板中活性物质与板栅的相对比例，对于电池整体来说增加了活性物质的数量。蓄电池通过增加活性物质数量以及由此而储存的更多电解液进一步提高了电池容量。

2.2 铅膏的改进

由于电动自行车对电池的深度放电性能、大电流放电性能及电池的Ñ­环寿命有较高的要求，因此必需对正、负极活性物质添加剂的成分进行调整。

对于正极板，为了提高其深度放电性能及低温放电性能，加入对活性物质的体积孔隙率和孔隙结构有影响的导电添加剂，增孔剂。它既可以增加活性物质孔率和强度，又可改善电极的导电性能，使电解液即便因低温变稠仍宜于渗透扩散。此外，电池深充放电时正极活性物质会发生衰变，并伴随体积膨胀，使活性物质之间的结合力变弱，从而导致活性物质软化脱落。为了延缓此类现象的发生，添加了适当的增强剂，增强了极板强度，使之Ñ­环寿命有所延长。

负极板添加剂着重在提高极板表面活性方面，主要使海绵状铅的结构保持稳定，防止收缩，变硬，防止孔率减小和极板龟裂。添加剂中的木素，炭黑，腐殖酸等物质的量通过多次反复试验确定，实际效果由于量的变化，组合，会有很大差异。在使用硫酸钡时，按一定的配比同时加入沉淀硫酸钡和重晶石型硫酸钡，能取得更好的效果。

2.3 装配工艺

铅酸蓄电池装配压力，对电池的Ñ­环寿命起着重要的作用。在Ñ­环过程中，活性物质的膨胀脱落是电池寿命提前终结的Ô­因之一，而采用较高的装配压力可有效抑制活性物质体积膨胀，保持活性物质结构紧密，防止活性物质再Ñ­环过程中的脱落，从而延长Ñ­环寿命。同时，由于重力效应可能会引起垂直面上隔板酸饱和度和酸强度的改变，而较高的装配压力有利于隔板中酸液的固定。因为根据毛细上升Ô­理隔板的吸酸高度与隔板的孔径大小成正比，隔板装配压力较高，隔板被压缩严重，隔板平行方向的孔径变小，隔板的芯吸高度就高，酸的分布就相对变得均匀。这样有利于极板上电流分布的均一，从而有利于电池Ñ­环寿命的延长。因此，采用较高的装配压力是电池具有长Ñ­环寿命的保证。铅布卷绕铅酸蓄电池的电池芯通过机械施压卷绕而成，能保证足够的装配压力。

单体电池的电池壳为圆柱形，这种形状的外壳能承受较方形外壳更大的压力。借此可以增大电池泄气阀开阀压力，来提高电池在充电过程中的氧Ñ­环的气体复合效率，使电池不易失水，从而进一步提高电池的Ñ­环寿命。

2.4化成工艺

铅酸电池的化成可分为电池化成（内化成）和槽化成（外化成）两种工艺。槽化成是指生极板装在化成槽化成，成为具有活性的正负极板，然后再装成电池。电池化成是为未化成的极板装配成电池然后注入电解液化成。

由于槽化成需专用的设备，设施，工艺复杂，劳动量大，消耗能量高，成本高，并且污染严重，不利于环保，所以铅布卷绕铅酸蓄电池均采用电池化成工艺。

电池化成由于工艺简单，中间环节少，不易引入对电池不利的杂质，所以电池的自放电也较小。同时由于电池化成时正极板自动膨胀，厚度增加，对增加电池的装配压力也是有帮助的。

铅布卷绕铅酸蓄电池的化成工艺采取两次注液的方式。所用电解液为含有一定量Na₂SO₄的硫酸溶液。硫酸钠的存在可以增加电解液中硫酸根离子浓度，延长电池的使用寿命。化成开始前将电解液一次注满，静置一小时后开始化成，当电池内的电解液减少至一定量时，再加电解液将其注满；直至化成结束，将单格内多余的电解液抽出，电池密封，电池化成结束。

2.5  电池的充电方式及性能

现在的电动自行车用铅酸电池普遍存在电池的充电接受能力较差，尤其是在大电流快速充电时易出现问题，甚至发生热失控现象。铅布卷绕铅酸蓄电池在这方面有较大的改进。12V10Ah铅布卷绕铅酸蓄电池充电方式采用现在较常用的“三段式”充电：首先对电池进行恒流充电，待电池电压上升到电压阀值后转化为第二阶段即恒压充电阶段，当充电电流减小到某一值后转化为第三阶段，即涓流充电。

在电池充电的第一阶段，即恒流充电阶段，国内一般厂家采用的是1.5-3A，这使电池的充电时间长达十小时以上，对用户使用是非常不利的。铅布卷绕电池由于采用独特的结构设计及铅膏配方的改进，其恒流充电阶段电流值比一般电池大得多。通过多次试验，综合各方面因素，恒流阶段以5A充电较为理想。以不同电流对电池进行两小时快充的数据如表1所示。

由表1可以看出随恒流值的增加，充入的电量逐渐增大，恒流阶段持续的时间逐渐延长，放出电量逐渐增多，而充电效率逐渐降低。通过上下述实验，以及综合考虑大电流充电器的价格，确定充电恒流阶段的恒流值为5A。

第二阶段为恒压阶段，恒压阶段的恒压值是非常关键的一个参数。如果电压定得太高会导致电池密封反应效率降低，失水率增加，而且电池的Ñ­环寿命剧减。如果将电压定得过低，使充电速度慢，充电不足，长期充电不足，未转化的活性物质会产生不可逆的高阻性钝化结块，使蓄电池容量下降，内阻增加，造成蓄电池的损坏。¾­过长期试验，并结合铅布卷绕电池的特性及电池内电解液密度，最终确定恒压值为14.7V。

图1中虚线代表充电曲线，采用5A恒流充电，之后转入14.7V恒压充电，恒流充电持续时间为93分钟。实线为放电曲线，为2小时率5A放电，持续时间为131分钟，容量为10.92Ah。

涓流充电时的涓流值的确定是较为困难的。因为蓄电池充电的终止电流是随电池的使用次数而变化的。其Ô­因是在充放电过程中极板杂质溶出，沉淀到正极板上，降低了过电位，使电流增大。同时电池在使用过程中，电解液的减少也会也会影响终止电流，还有如温度也会对涓流值有影响。综合考虑各方面因素，涓流值在0.03C₂左右时是较合理的。

图2是12V10Ah铅布卷绕铅酸蓄电池充满电后，以15A电流做大电流放电的曲线，放电5分钟时电池电压为11.454V远高于国家标准。大电流放电至8.4V，共持续时间31分钟。

电池的大电流放电性能对电动车的负重启动性能、爬坡性能有直接影响。12V10Ah铅布卷绕铅酸蓄电池的大电流放电性能优于一般同类产品，完全可以满足电动自行车对电池的要求。

图3是12V10Ah铅布卷绕铅酸蓄电池采用5.0A放电1.4h，限压16.0V、限流1.5，充电5.6h的充放电Ñ­环寿命情况。¾­过一系列的改进，12V10Ah铅布卷绕铅酸蓄电池的Ñ­环寿命达382次。

3结论

铅布卷绕铅酸蓄电池通过其不同于以往铅酸电池的结构，铅网板栅新材料的应用铅膏的改进及装配压力增加、化成制度的完善，使之表现出较为优异的性能。首先电池的快速充电性能极佳，其次电池的大电流放电性能较同容量的铅酸电池要强，再次电池的Ñ­环寿命较长。

¾­过长期的研发及试制，着重从铅蓄电池的动力性能改进提升为着重点，证明了铅布卷绕免维护铅酸蓄电池在各类型动力场合都有优异的动力性能。

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