CN104459561B - 测量铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板铅枝晶短路的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板铅枝晶短路的方法，包括以下步骤：（1）对待测超细玻璃纤维隔板、纯铅片进行裁剪处理，用以制备测试电池；（2）对测试电池进行恒流充电，测绘电压‑时间曲线，获得从开始充电到发生短路的时间值；（3）测定测试电池在恒流充电时的电压变化，通过测得的这些数值判断超细玻璃纤维隔板是否容易发生短路。本发明通过设计一种模拟电池的化成充电条件的装置，以判断AGM隔板是否在电池内化成充电过程容易导致短路，从而快速判断和挑选出合适的阀控式铅酸蓄电池用AGM隔板。该方法操作过程简单，实验仪器简单易得，明显缩短了检测周期，值得推广。

Description

测量铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板铅枝晶短路的方法

技术领域

本发明属于电池隔板短路的检测领域，具体涉及一种测量铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板铅枝晶短路的方法。

背景技术

铅酸蓄电池正负极生板主要是由氧化铅(PbO)，碱式硫酸铅(3PbO·PbSO₄·H₂O或4PbO·PbSO₄)、硫酸铅(PbSO₄)和少量游离铅组成，生产过程通过化成充电使正、负极分别转化为二氧化铅(PbO₂)和金属海绵铅(Pb)活性物质，目前化成主要有外化成和内化成两种方法。在通电化成之前，极板需要先进行1-2小时的浸酸过程，使氧化铅转化为碱式硫酸铅和硫酸铅，同时生成水，并在极群组的不同部位产生H₂SO₄梯度和放出大量热。由于阀控式铅酸蓄电池采用紧装配结构，热比容低，反应产生的热又不能及时散去，使电池内部温度急剧上升，最高可超过65℃。电池温度升高以及H₂SO₄梯度的产生，使得极板表面形成的硫酸铅在温度高以及硫酸浓度低的部位溶解度变大，这大大的增加了电池充电过程发生枝晶短路的风险。

阀控式铅酸蓄电池采用的超细玻璃纤维(AGM)隔板含有两种结构的细小微孔，一种是平行于隔板平面的微孔，另一种是垂直于隔板平面的较大微孔，后者有利于氧气向负极扩散，但也是枝状铅生长的路径，由于在隔板中更多的硫酸铅容易沉积在粗玻璃纤维上，这使得充电时枝晶铅容易沿着粗纤维生长，从而引起极板间微短路。

现有技术中减小枝晶短路的办法主要有：(1) 在硫酸电解液加入到电池之前，将硫酸电解液冷却到0℃以下，电池加酸后再采取必要的降温措施，如水冷、气冷等来控制充电过程电池内部的升温；(2) 在电解液中添加一定量的硫酸盐添加剂，利用“同离子效应”来抑制PbSO₄的溶解度；(3) 加快硫酸进入电池内部，避免局部硫酸浓度过低而增大PbSO₄溶解度，如采用真空加酸办法。除上述三种方法外，还普遍采用添加剂，以改善铅酸蓄电池性能，添加剂均为强电解质。

目前对枝晶短路的检测方法主要是通过对电池的循环测试或者是按照国家标准进行21天短路过放电后再充电的方法进行测试。该方法需要的时间周期长，且需要大量的电池。快速检测隔板是否容易产生枝晶铅短路是目前急待解决和攻关的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种测量铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板铅枝晶短路的方法。该方法操作过程简单，实验仪器简单易得，明显缩短了检测周期，值得推广。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种测量铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板铅枝晶短路的方法，包括以下步骤：

（1）以2片纯铅片作为正、负极板，将待测超细玻璃纤维隔板放于2片铅片之间，组装测试电池装置；

（2）对测试电池进行恒流充电，测绘电压-时间曲线，获得从开始充电到发生短路的时间值；从开始充电到发生短路的时间值是判定AGM隔板是否容易发生短路的关键参数。

（3）测定测试电池装置在恒流充电时的电压变化。

步骤（1）具体为：

①选择表面光滑的纯铅片2片，作为测试电池的正、负极板；

②将铜导线焊接在正、负极板顶部极耳部位，并用环氧树脂密封好焊接的位置，作为电源线接头；

③裁剪待测超细玻璃纤维隔板，使其尺寸比正、负极板尺寸略大；

④取4片固化的铅酸蓄电池生极板浸入30-40 wt%硫酸溶液中10-60 s，使极板表面生成硫酸铅，取出后放置于空气中5-10 min，使极板表面的硫酸充分反应；

⑤用有机玻璃板制得长方形槽体，并将步骤④浸酸后的4片生极板放入槽中，并加入去离子水，浸没极板，于50℃下恒温2 h，取出全部极板，剩下溶液；

⑥将待测超细玻璃纤维隔板浸入步骤⑤的溶液后取出，置于2片纯铅片之间，按铅片-待测超细玻璃纤维隔板-铅片依次叠放好后，放入透明塑料袋中，在透明塑料袋的两边固定上有机玻璃板，在有机玻璃板和塑料袋之间加上一个压力传感器，对整个装置施加压力；

⑦往塑料袋中加入2-10wt%的硫酸溶液，溶液的量以没过极板的极耳为准，组装得到测试电池装置。

步骤（2）具体为：

将测试电池置于50℃恒温槽中，进行恒流充电，测绘电池的电压-时间曲线，当电压突然下降时，表明超细玻璃纤维隔板上发生了短路，记录从开始充电到发生短路的时间值，该值是用于判定AGM隔板是否容易发生短路的关键参数。

步骤（3）具体为：在恒流充电过程中，测定测试电池的电压值；所述的恒流充电电流值为电池化成充电过程中电池极板的表观电流密度与测试电池极板的面积的乘积。

本发明的有益效果在于：

1）本发明通过模拟电池的化成充电条件，能判断AGM隔板是否在电池内化成充电过程容易导致短路，从而快速判断和挑选出合适的阀控式铅酸蓄电池用AGM隔板；

2）枝晶铅在电池中的形成过程复杂且难以观察，通过该方法清楚地了解枝晶铅在电池中形成的过程，为寻找抑制枝晶铅短路提供了很好的理论依据；

3）相比于国家标准的21天短路过放电然后再充电的检测方法，该方法操作过程简单，实验仪器简单易得，明显缩短了检测周期；

4）常规测量阀控式铅酸蓄电池玻璃纤维（AGM）隔板铅枝晶短路的方法需要消耗大量电池，而本发明以纯铅板代替电池，从而节约了实验材料成本；

5）本发明适用于各种阀控蓄电池玻璃纤维隔板的检测，可作为判定隔板性能质量以及提高阀控式铅酸蓄电池性能和延长寿命的重要方法。

附图说明

图1为测试电池装置的示意图，1铜线，2隔板，3纯Pb 板，4螺丝，5透明塑料袋，6 有机玻璃板，7 压力传感器，8 螺母；

图2为不同AGM隔板厚度的模拟测试电池恒流充电过程正负极板两端的电压-时间曲线；

图3中： (a) 模拟测试电池发生短路后的AGM隔板照片， (b) AGM隔板短路位置的放大照片，(c) AGM隔板短路位置的SEM照片。

具体实施方式

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

实施例1

测量12 V 12 Ah 阀控式铅酸蓄电池使用的AGM隔板厚度对枝晶铅短路影响的方法：

测试电池装置：4片固化的生极板浸入1.255 g/cm³硫酸溶液中10 s，取出搁置5min，放入内径尺寸为 9×4.5×1.5 cm³的有机玻璃槽中，加入30 mL去离子水，恒温50℃ 2h，取出全部极板；用AGM隔板放入有机玻璃槽中浸湿后与极板面积大小为20 cm² ( 4×5cm)的两片平面光滑的纯Pb片组装成模拟电池，放入塑料袋中，加入2wt% 硫酸溶液，溶液量以没过极板的极耳为准；然后给模拟电池两端施加压力80 kPa，将测试电池置于50 ℃恒温槽中，并以40 mA电流连续充电。

图2为不同AGM隔板厚度的模拟测试电池恒流充电过程正负极板两端的电压-时间曲线。当电压突然下降时，表明AGM隔板上发生了短路，从开始充电到发生短路的时间值T用于判定AGM隔板是否容易发生短路的关键参数。对不同AGM隔板，其超细玻璃纤维粗细不同，孔率不同，特性也不同，这样发生短路时间值T也就不同。

AGM隔板发生短路后的内部结构如图3所示。 (a) 是测试电池发生短路后的AGM隔板照片，(b) 是AGM隔板短路位置的放大照片，(c) AGM隔板短路位置的SEM照片。AGM隔板上短路后有一些黑色的斑点，这些即为枝晶铅。当形成的枝晶铅较多时，枝晶之间的二次结构相互连接，形成针刺状花丛结构，如图3(b)所示；从图3(c) 的SEM照片中可以看出枝晶在向前生长的同时，侧面的二次结构也逐渐地生长，且每个枝晶的分支都先长成针状结构。枝晶状铅逐渐地由负极一侧向正极生长，当生长到一定程度时穿透隔板，造成了电池的短路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种测量铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板铅枝晶短路的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）以2片纯铅片作为正、负极板，将待测超细玻璃纤维隔板紧贴于2片铅片之间，组装测试电池装置；

（2）对测试电池装置进行恒流充电，测绘电压- 时间曲线，获得从开始充电到发生短路的时间值；

（3）测定测试电池装置在恒流充电时的电压值；

步骤（1）具体为：

①选择表面光滑的纯铅片2 片，作为测试电池的正、负极板；

②将铜导线焊接在正、负极板顶部极耳部位，并用环氧树脂密封好焊接的位置，作为电源线接头；

③裁剪待测超细玻璃纤维隔板，使其尺寸比正、负极板尺寸略大；

④取4片固化的铅酸蓄电池生极板浸入30-40 wt%硫酸溶液中10-60s，使极板表面生成硫酸铅，取出后放置于空气中5-10 min，使极板表面的硫酸充分反应；

⑤用有机玻璃板制得长方形槽体，并将步骤④浸酸后的4片生极板放入槽中，并加入去离子水，浸没极板，于50℃下恒温2 h，取出全部极板，剩下溶液；

⑥将待测超细玻璃纤维隔板浸入步骤⑤的溶液后取出，置于2片纯铅片之间，按铅片-待测超细玻璃纤维隔板-铅片依次叠放好后，放入透明塑料袋中，在透明塑料袋的两边固定上有机玻璃板，在有机玻璃板和塑料袋之间加上一个压力传感器，对整个装置施加压力；

⑦往塑料袋中加入2-10wt%的硫酸溶液，溶液的量以没过极板的极耳为准，组装得到测试电池装置；

步骤⑥中的压力传感器外部连接有压力数字显示表，施加的压力为20-100kPa。

2.根据权利要求1所述的测量铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板铅枝晶短路的方法，其特征在于：步骤（2）具体为：

将测试电池装置置于50℃恒温槽中，进行恒流充电，测绘电池的电压-时间曲线，当电压突然下降时，表明超细玻璃纤维隔板上发生了短路，记录从开始充电到发生短路的时间值。

3.根据权利要求2所述的测量铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板铅枝晶短路的方法，其特征在于：所述的时间值是判定超细玻璃纤维隔板是否容易发生短路的关键参数。

4.根据权利要求1所述的测量铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板铅枝晶短路的方法，其特征在于：步骤（3）具体为：在恒流充电过程中，测定测试电池的电压值。

5.根据权利要求4所述的测量铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板铅枝晶短路的方法，其特征在于：所述的恒流充电电流值为电池化成充电过程中电池极板的表观电流密度与测试电池极板的面积的乘积。

6.一种如权利要求1所述的测量铅酸蓄电池超细玻璃纤维隔板铅枝晶短路的方法得到的测试电池装置。