一种抑制铅酸蓄电池枝晶短路方法及铅酸蓄电池灌酸流水线和设备与流程

本发明涉及一种铅酸蓄电池的制造方法及设备。

背景技术：

近几年，随着信息技术及计算机网络的迅猛发展，计算机网络广泛应用于工厂、电信、电力、教育等领域，UPS是计算机系统的保护神，而VRLA电池是UPS的心脏，在市电不稳、断电的情况下，如果VRAL电池不能正常工作，UPS系统失效，会带来信息丢失、通信中断的后果。

如今，形势发生了变化，为了有效地利用空间和地面，小型的UPS有着更广阔的前景。为了进一步提高UPS的可靠性，改善经济性，对UPS用的VRLA蓄电池要求的特性是高倍率短时放电。按正常思路设计的VRLA电池不能保证高功率UPS的供电需要。

同时微模块新型数据中心，由于空间限制与更大备电功率的需要，目前微模块新型数据中心对备用电池提出了更为严格的要求。所需备电功率范围越来越大，亟需更多更全的电池型号。为了满足较大功率的备电性能更好，常规VRLA电池不能满足高功率的需求。

VRLA电池为了满足大电流充放电性能，在有效的空腔内，为了达到提高电池大电流性能的需要，对电池结构进行了一系列的优化设计，使得在有效空间里极板片数增多，这样使得隔板间距变得越来越小，因此电池灌酸相对困难，同时在注入电解液后，继续充电时，容易发生由于铅离子的溶出而产生枝晶短路。

技术实现要素：

本发明首先所要解决的技术问题是提供一种抑制铅酸蓄电池枝晶短路的方法。为此，本发明采用以下技术方案：

一种抑制铅酸蓄电池枝晶短路的方法，包括在蓄电池灌酸前或灌酸中通过灌酸酸壶直接对电池壳内腔体抽气的步骤，其特征在于，所述方法还包括：

在蓄电池灌酸后和化成前，将蓄电池置于腔室中，通过对腔室抽真空，来对灌酸后蓄电池在电池壳内外压力平衡的情况下抽真空。

进一步地，所述灌酸后的抽真空为紧接在灌酸步骤后进行，且在灌酸位置处的蓄电池输送线和向灌酸后抽真空处输送蓄电池的蓄电池输送线为两个独立的输送线。

进一步地，所述腔室为能够升降的罩。

进一步地，所述蓄电池在腔室中停留的时间和灌酸前或灌酸中抽真空的时间与灌酸时间的合计时间相匹配。

进一步地，所述灌酸后抽真空是在灌酸酸壶存在下进行抽真空，且酸壶中还存有酸电解质。

进一步地，灌酸后抽真空是在对刚刚把酸电解液置入蓄电池腔体的蓄电池进行包含灌酸酸壶在内的整体在腔室中多次抽真空，且酸壶中还存有酸电解质；为了满足不同蓄电池的要求，对真空度的控制采取时间控制模式或真空压力控制模式；为最大可能提高设备效率，可以分别设置抽真空的次数及分别设置每次抽真空时的真空值，在时间控制模式中，设置抽真空的次数以及每次抽真空的时间；在真空度控制模式中，设置抽真空的次数及每次抽真空时的真空压力值。

本发明第二个所要解决的技术问题是提供一种蓄电池灌酸生产线，能够抑制铅酸蓄电池枝晶短路。为此，本发明采用以下技术方案：

一种蓄电池灌酸生产线，包括灌酸工位的灌装和抽真空装置、蓄电池第一输送线，所述第一输送线经过所述灌装和抽真空装置的下方；其特征在于所述灌酸生产线还包括蓄电池第二输送线，所述第二输送线紧接在第一输送线之后，接送灌酸后的蓄电池；所述灌酸生产线设置有可升降的抽真空罩，所述第二输送线经过抽真空罩的下方；或者，所述第二输送线旁设置有抽真空停放台，所述可升降的抽真空罩处在抽真空停放台的上方，所述灌酸生产线具有将蓄电池从第二输送线送到抽真空停放台的装置，及将蓄电池从抽真空停放台移出的装置。

本发明第三个所要解决的技术问题是提供一种蓄电池抽真空装置，能够抑制铅酸蓄电池枝晶短路。为此，本发明采用以下技术方案：

一种蓄电池抽真空装置，其特征在于它包括可升降的抽真空罩、抽真空停放台以及对抽真空罩内的空间抽真空的装置，所述抽真空停放台处在可升降的真空罩的下方，所述抽真空停放台的大小足以停放蓄电池，抽真空罩的大小和高度足以将带酸壶的蓄电池罩住在抽真空停放台上，所述抽真空停放台处在第二输送线旁，所述抽真空装置具有将蓄电池从第二输送线送到抽真空停放台的装置以及将蓄电池从抽真空停放台移出的装置。

进一步地，第二输送线设有蓄电池阻挡机构和感应开关，所述蓄电池抽真空装置在抽真空停放台和第二输送线之间设有蓄电池推送气缸。

进一步地，第二输送线设有进料阻挡工位的蓄电池阻挡机构、准备进料阻挡工位的蓄电池阻挡机构和感应开关，所述蓄电池抽真空装置在抽真空停放台和第二输送线的进料阻挡工位之间设有蓄电池推送气缸。

当铅酸蓄电池在灌酸后及内化成开始时，由于硫酸从极板组四周向中心扩散，伴随着化学反应，硫酸被消耗造成极板中心处PH值相对升高，由于PH值的升高，为铅离子的溶出创造了有利条件。当充电时，隔板里的铅被还原成金属铅，该铅有可能贯穿隔板，使正负极相连接而造成枝晶短路。因此影响铅枝晶的关键因素之一是蓄电池极群中部缺酸，使得中间PH值升高加速，从而加速了枝晶短路的发生。

铅酸蓄电池的酸电解液灌装通常是通过灌装设备一次完成，然后进入蓄电池活化工序既对蓄电池进行充放电。为了提高灌酸效率和流水线的生产速度，会在灌酸前或灌酸中通过灌酸酸壶直接对电池壳内腔体抽气，但在过程中，电池壳存在内外压差，使得电池腔体内储酸有效体积减少，在隔板中会存在比想象更多的空隙，无法保证酸电解液的渗透性。

采用本发明的方法对蓄电池灌酸和化成之前处理，能够极大地提高酸电解液的渗透性，能够有效地保证中部极板的PH值正常，抑制薄隔板电池的枝晶短路问题，制得的铅酸蓄电池与常规灌酸铅酸蓄电池相比，在内化成工艺相同，灌酸量相同，其枝晶短路比例，由原来的2.07%下降到0.48%以下，而且还提高了电池的一次容量合格率。并且，本发明的工艺特别适用于连续化制造，不影响蓄电池的生产效率和速度；本发明的蓄电池灌酸生产线能够通过对现有生产线进行升级实现，生产效率高速度快；本发明的蓄电池抽真空装置结构简单，效果好，能够有效提高酸电解液的渗透性，能够有效地保证中部极板的PH值正常。

附图说明

图1为本发明所提供的生产线实施例的示意图，显示了在灌酸工位灌酸，而在抽真空停放台处，真空罩还未降下时的状态。

图2为本发明所提供的生产线实施例的示意图，显示了在灌酸工位灌酸，而在抽真空停放台处，真空罩已经降下时的状态。

图3为本发明所提供的生产线实施例的俯视图。

图4a为本发明在灌酸后抽真空前带灌酸酸壶的蓄电池的状态照片，其中显示了酸壶的电解液液位。

图4b为本发明在灌酸后抽真空后带灌酸酸壶的蓄电池的状态照片，其中显示了抽真空后酸壶的电解液液位。

图5为灌酸后马上再整体抽真空的蓄电池和灌酸后不再整体抽真空的蓄电池的枝晶不良比例对比图。

图6a为本发明制造的蓄电池中心极板的照片。

图6b为以往生产线制造的蓄电池中心极板的照片。

图7为本发明制造的蓄电池与以往生产线制造的蓄电池的一次容量不良率对比图。

具体实施方式

参照图1、2、3。本发明所提供的蓄电池灌酸生产线，包括灌酸工位的灌装和抽真空装置1、蓄电池第一输送线100，所述第一输送线100经过所述灌装和抽真空装置1的下方；所述灌酸生产线还包括蓄电池第二输送线200，所述第二输送线200紧接在第一输送线100之后，接送灌酸后的蓄电池300，此时，蓄电池300还带着酸壶301。

本发明的蓄电池抽真空装置包括可升降的抽真空罩2、抽真空停放台3以及对真空罩内的空间抽真空的装置4，所述抽真空停放台3处在可升降的抽真空罩2的下方，所述抽真空停放台2的大小足以停放蓄电池，抽真空罩2的大小和高度足以将带酸壶的蓄电池300罩住在抽真空停放台3上，所述抽真空停放台3处在第二输送线200旁，所述抽真空装置具有将蓄电池从第二输送线200送到抽真空停放台3的装置以及将蓄电池从抽真空停放台移出的装置。

抽真空罩2的升降机构也可采用气缸驱动。

第二输送线2设有进料阻挡工位的蓄电池阻挡机构51、准备进料阻挡工位的蓄电池阻挡机构52和感应开关，当第二输送线200输送带酸壶301的蓄电池300到达进料阻挡工位时，感应开关感应到蓄电池，阻挡机构51、52动作，比如由气缸驱动阻挡杆伸出，分别挡住前后两只蓄电池。所述蓄电池抽真空装置在抽真空停放台3和第二输送线200进料阻挡工位之间设有蓄电池推送气缸6、7，推送气缸6将蓄电池从第二输送线200推到抽真空停放台3上，推送气缸7将被再次抽真空的蓄电池推回到第二输送线200。

在抽真空停放台3上的灌酸后抽真空是在对刚刚把酸电解液置入蓄电池腔体的蓄电池进行包含灌酸酸壶在内的整体在腔室中多次抽真空；对真空度的控制采取时间控制模式或真空压力控制模式。

根据不同型号的蓄电池需求，通过电控箱触摸屏设置选择真空模式为时间控制模式或者真空压力控制模式。根据选择的真空模式，分别设置抽真空的次数以及每次抽真空的时间值或者每次抽真空的真空值。完成设置后将设备运行模式旋转至自动模式，然后点击运行按钮设备开始自动运行。完成第一次酸电解液灌装的两只蓄电池（含酸壶）进入第二输送线200，其中一只蓄电池进入进料阻挡工位，另一只进入准备进料阻挡工位。推送气缸6将进料阻挡工位的蓄电池推拉至抽真空停放台3，抽真空罩2下降，将蓄电池密封在抽真空罩2和抽真空停放台3围成的腔室中，根据触摸屏设置的抽真空次数及每次参数值，开始对蓄电池300进行抽真空和放气循环。完成循环后，抽真空罩2升起，蓄电池被推送气缸7推拉回第二输送线200上，第二输送线200启动，第一只蓄电池被输送出该设备，同时第二只蓄电池从准备进料阻挡工位输送至进料阻挡工位，再被推送至抽真空停放台3开始整体抽真空循环，第三只蓄电池进入准备进料阻挡工位。

实施例1，抽真空实验：

本实验采用上述生产线对两只12V蓄电池进行灌酸对比试验，先将蓄电池上好酸壶，然后推入第一输送线，输送到灌装和抽真空装置1下，对蓄电池进行抽真空灌酸。参数设置：第一次抽真空时间12S，下酸时间10S，真空度为0.6MPa；重复抽真空时间12S，下酸时间10S，真空度为0.6MPa，共计5次，完成灌酸后，第一输送线100自动将电池送入第二输送线200，包括进料出料时间，完成2只电池灌酸工序总时间为4min。

将灌酸完成的其中一只12V蓄电池马上推入上述抽真空装置的抽真空停放台3用抽真空罩进行抽真空。参数设置：第一次真空度0.6MPa，抽真空时间为2.5S，放气时间为3S；第二次真空度为0.8MPa, 抽真空时间为3S，放气时间为3S，重复真空度为0.8Mpa的抽真空, 抽真空时间为3S,放气时间为3S,共计5次,包括进料出料时间及真空罩下降上升时间，完成2只电池整体抽真空工序时间为3min50S。

灌酸后抽真空前电池灌液面见图4a，液面为酸壶三分之一处，经在抽真空罩中循环二次整体抽真空后，电池酸液面为酸壶六分之一处，呈现明显的下降，见图4b。

实施例2，蓄电池铅枝晶抑制实验：

本次试验对上述抽真空实验的2只蓄电池（一只灌酸后马上整体抽真空，另一只灌酸后不再抽真空）进行极群中心部位渗酸情况及酸比重对比，两只蓄电池在灌酸时设定的电池灌酸比重为1.250g/cm3。

灌酸后不再抽真空的蓄电池灌酸后静止10分钟，而另一只则在灌装后整体抽真空后再静止10分钟，对蓄电池进行解剖，测极群中心部位的酸比重及极板渗酸情况。

灌酸后不再抽真空的蓄电池的中心部位极板见图6a，从图6a可知，极板中心部位酸渗透不到位，将极群中心的隔板撕下，挤出酸，进行电池极群中心酸比重测试，结果为1.069 g/cm3。在灌装后马上整体抽真空的蓄电池极板见附图6b，从附图6a可知，极板中心部位酸基本上渗透到位，将极群中心隔板撕下，挤出酸，进行电池极群中心酸比重测试，结果为1.141 g/cm3。从以上对比可知，采用本发明审查线和抽真空装置整体抽真空后，使得极群中心位置酸比重提升，从而使得PH值下降，同时极群中心位置不存在缺少酸现象。

选取灌酸工艺和内化成工艺相同的12V蓄电池1093只，其中416只电池经上述生产线灌酸及在灌酸后马上再整体抽真空（即前述抽真空实验的方法），677只为申请人以往制造的仅为正常灌酸（即前述抽真空实验的与本发明进行对比的蓄电池的灌酸方法，但不再整体抽真空）的蓄电池，它们均按相同的灌酸量，内化成工艺进行活化。对返修后不合格的电池进行解剖分析其枝晶比例，其中灌酸后再整体抽真空的蓄电池有2只为枝晶短路，枝晶比例为0.48%，灌酸后不再整体抽真空有14只为枝晶短路，枝晶比例为2.07%，从枝晶占比看，采用本发明工艺后，电池枝晶比例明显下降。附图5为灌酸后马上再整体抽真空蓄电池与灌酸后不再整体抽真空蓄电池枝晶比例对比。

实施例3，蓄电池一次容量合格率的提升实施例

如前述工艺，通过灌酸后在酸壶含有余量酸存在下马上在整体抽真空，有二次压差灌酸的效果，使得极群中心部位的活性物质有效与酸接触，从而使得酸扩散到活物质孔隙里参与反应，有效防止电池内部少酸现象，在抑制电池内部枝晶短路的同时，也有效地提高了电池活化过程中的一次容量合格率。

选取一批12V蓄电池，共计2217只，均为采用实施例1中在灌酸后马上再抽真空的灌酸工艺，以及相邻月份生产的灌酸后不再整体抽真空电池，共计3090只进行对比，相同的灌酸量，内化成工艺进行活化，其中采用灌酸后马上再抽真空灌酸工艺的电池有80只一次容量不合格，不良率为3.61%，灌酸后不再抽真空灌酸工艺的电池有144只一次容量不良，不良率为4.66%，采用本方案后，电池的一次容量不良率有1%以上的降低。

附图7为灌酸后马上再整体抽真空蓄电池与灌酸后不再整体抽真空蓄电池一次容量不良率对比

实施例4，蓄电池灌酸生产线生产效率对比

本发明采用的蓄电池灌酸生产线，电池在生产线上整体抽真空的同时，电池灌酸也同时进行，不会影响电池的灌酸效率。

在本方案实施前，以12V蓄电池为例，采用原有生产方式2只12V蓄电池灌酸总体时间为4min，采用本发明方案，在灌酸工位处的灌酸及抽真空总体时间为4min，完成2只电池灌酸后整体抽真空的总时间为3min50s，总体时间上略少于在灌酸工位处的时间，不会影响蓄电池的灌酸生产效率。

以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的保护范围不限于此，任何本领域的技术人员在本发明启示下所作的等同变换、修饰皆处在本发明的保护范围之中。