铅酸蓄电池正极充电电位的控制方法与流程

本发明涉及一种铅酸蓄电池正极充电电位的控制方法，主要适用于铅酸蓄电池的设计开发及工艺优化，合适的正极电位可以满足铅酸蓄电池长寿命要求，属产品技术研发领域。

背景技术：

铅酸蓄电池诞生于1859年，是目前资源最为丰富、技术最为成熟、应用范围最广的二次电池。随着全社会节能减排工作的不断推进和人们环保要求的不断提高，延长蓄电池寿命、减少电池报废、回收过程造成的环保压力和资源消耗是电池行业急需解决的问题。

近3年来，随着新材料、新技术、新工艺的在铅酸蓄电池行业推广与应用，铅酸蓄电池性能大幅提升，按照标准规定的检测方法，电池循环寿命从原先的几百次已上升到2000～3000次。但人们对电池性能要求仍在不断提高，开发满足4000～4500次、甚至5000次以上的循环寿命的蓄电池提上了日程。

影响铅酸蓄电池循环寿命的因素很多，在诸多的因素中，正极的寿命是决定产品性能指标的关键，提高电池的寿命实际就是解决正极性能不足的问题。结合相关文献资料，正极寿命短的主要原因分析如下：

铅酸蓄电池（简称电池）的特性决定了大部分时间处于充电状态，当电池荷电态（SOC）达到80%左右时正极开始吸氧，同时正极板栅开始发生阳极腐蚀，以铅合金为基体的正板栅发生氧化反应，生成铅的氧化物（PbOX），板栅发生晶间腐蚀，宏观表现为板栅蠕变伸长、短路，铅膏软化、脱落，电池性能出现急剧下降。在长期的试验过程中发现，随着电池循环寿命的不断进行，因电解液的重新分布、极板盐化的发生，以及铅膏状态的变化等，导致正极的充电电位不断上升，进一步加速了正极板栅的腐蚀，最终造成电池衰减速度的不断加快而失效。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种针对铅酸蓄电池主要失效模式为正极失效，更为具体的是正板栅在长时间充电状态下的阳极腐蚀下蠕变伸长、断裂造成正极性能下降的电池失效原因，通过大量的基础性试验并结合铅酸蓄电池数十年来大量的科学研究与数学模型进行分析与模拟，发现了影响正极寿命的主要因素是正极充电电位的影响，同时结合电池生产工艺，将正极充电电位与电池设计与工艺参数进行关联，最终通过科学的参数设计及工艺优化，控制正极的合理充电电位，从而延长电池寿命为目的的铅酸蓄电池正极充电电位的控制方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种铅酸蓄电池正极充电电位的控制方法，包括如下步骤；

1）在正、负板栅上涂覆铅膏后制成正、负极板；

2）将固化、干燥好的正、负极板包膜组群，合计装配成电池；

3）按照正常注液量灌注密度在1.23～1.29g/ml（25℃）的电解液后上线化成，化成充电24～36h后暂停充电；

4）将电池搁置在40℃～45℃的环境静置6～8h，继续进行循环充放电活化化成；

5）下线。

上述技术方案所述步骤1）中，正极板栅为铅钙锡铝银五元合金，按质量百分比，各成分含量为：锡为2.0%～2.5%，银为0.05%～0.1%，钙为0.03%～0.05%，铝为0.01%～0.05%,其余为铅，其中，锡与银的质量比为20～30：1。

上述技术方案正极铅膏中添加1%～2%的颗粒大小3500～8000目的石墨。

上述技术方案干燥后的正负铅膏重量比值在1.32～1.35：1。

上述技术方案所述步骤3）中，注液前，在电解液中，按5～7.5g/L的比例添加氢氧化钾。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

（1）本发明针对铅酸蓄电池行业正极板栅腐蚀限制电池寿命传统难题，另辟蹊径，发现了影响正极寿命（主要为正板栅）的主要因素为正极的充电电位的大小，通过控制电池正极的充电电位，从而有效地控制正板栅的腐蚀速度。

（2）本发明将控制正极充电电位从理论转化到实际的设计及工艺参数上，在工业化生产中的应用奠定了基础；通过大量的基础试验并结合理论研究，找到了正极充电电位与设计参数及生产工艺的关联因素，从而为理论研究转化为实际应用打下了基础；实际应用时指导性强，在铅酸蓄电池长寿命设计时具有很强的借鉴作用。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1为本发明实施例1的实验循环寿命曲线图。

具体实施方式

（实施例1）

工业用2V200Ah储能电池的制作：在正、负板栅上涂覆铅膏后制成正、负极板；其中，正极板栅合金为铅钙锡铝银合金，锡的含量（wt%）为2.0%～2.2%，银的含量（wt%）为0.08%～0.1%，钙的含量（wt%）为0.03%～0.05%，铝为0.03%,其余为铅。正极铅膏配方中添加1.5%的、5000目的超细石墨，正板6片，负板7片，干燥后的正负铅膏重量比值在1.34：1。将固化、干燥好的正、负极板包膜组群，合计装配成电池，在电解液中，按6g/L的比例添加氢氧化钾，按照正常注液量灌注密度在1.23g/ml（25℃）的新的电解液后上线化成，化成充电30h后暂停充电，将电池在40℃～45℃下高温活化7h后继续化成、下线，成品电池酸密度为1.27g/ml（25℃）。下线后的电池以2.35V均衡充电，充电末期正极电位为1.289V（vs.Hg/Hg2SO4）。将按照上述设计及工艺要求装配的电池与正常电池进行容量测试，试验电池达到3120次（未结束，仍在循环中，预计可以达到4000次），正常电池循环2100次结束，循环曲线如图1。

（实施例2）

太阳能储能用12V100Ah的制作：在正、负板栅上涂覆铅膏后制成正、负极板，其中，正极板栅合金为铅钙锡铝银合金，锡的含量（wt%）为2.0%～2.2%，银的含量（wt%）为0.08%～0.1%，钙的含量（wt%）为0.03%～0.05%，铝为0.02%,其余为铅。正极铅膏配方中添加1.2%的3500目的超细石墨，正板5片，负板6片，干燥后的正负铅膏重量比值在1.32：1。按照上述工艺特征的极板装成电池，按6.5g/L的比例添加氢氧化钾后的电解液密度在1.24g/ml（25℃），按照正常注液量灌注电解液后上线化成，化成充电25h后暂停充电，将电池在40℃～45℃下高温活化6h后继续化成、下线，成品电池酸密度为1.275g/ml（25℃）。下线后的电池以2.35V均衡充电，正极电位为1.293V（vs.Hg/Hg2SO4）。将按照上述设计及工艺要求装配的电池与正常12V100Ah电池进行容量测试，试验电池循环寿命达到2960次，正常电池1220次结束。

通过合理的设计与工艺参数来控制正极充电电位，延缓正板栅的阳极腐蚀速度，达到延长铅酸蓄电池寿命的方法，均可以参照实施例1来实现。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。