CN107591580A - 一种铅酸蓄电池分阶段化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅酸蓄电池分阶段化成方法，属于铅酸蓄电池制备技术领域。所述化成分四个阶段进行，第一阶段：充电至蓄电池电压达到2.75～2.9V/单格，放电至达到终止电压；第二阶段：正负脉冲化成充电至蓄电池电压达到2.75～2.9V/单格，放电至达到终止电压，并重复该过程若干次；第三阶段：以幅值递减的方式分步对蓄电池进行正负脉冲化成充电，直至蓄电池电解液密度达到设定标准，放电至达到终止电压；第四阶段：充电至蓄电池电压稳定。采用本发明工艺，化成时间缩短到44h，提高化成效率50％以上。化成的极板结构更紧密，强度更好，电池100％DOD循环寿命450次以上，比普通电池寿命提高20％以上。

Description

一种铅酸蓄电池分阶段化成方法
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池制备技术领域，具体涉及一种铅酸蓄电池分阶段化成方法。
背景技术
目前，铅酸蓄电池依旧是应用最广泛的电池之一，而化成是铅酸蓄电池制造过程中的一步重要工艺，化成的好坏直接影响着铅酸蓄电池的性能，并且化成过程消耗的电能是巨大的。
在铅酸蓄电池化成时，可以在化成极板或者铅膏中加入添加剂，添加剂使用恰当的话，可以使得化成过程的电化学反应加速、极板生成效果更好。除添加剂之外，还可以对极板板栅的结构进行改进，有一种碳蜂窝结构的板栅，可以改善化成效果；采用超声波对化成过程也有促进作用。
目前化成技术多采用实验和经验的方式。一般是采用恒流多次充电、放电直至化成结束。恒流充电极化大，充电效率较低，化成用时较长，目前工业生产采用恒流化成用时需要96小时左右，限制了产能的提升。
慢脉冲化成技术减少了电池的浓差极化和电阻极化，提高了化成效率，将化成时间缩短至76h(小时)；正脉冲化成的方式使化成时间缩短到66h，同时也减少了化成电量；脉冲内化成方法采用固定的正负脉冲方式对电池进行了化成，使得化成时间减少到约60h，其初步证明了正负脉冲方式的可行性，但没有公开正负脉冲幅度与宽度、间歇时间的长短。
专利文献CN1885609A公开了一种缩短铅酸蓄电池内化成时间的化成方法，化成分两个阶段进行，第一阶段为间歇式正脉冲化成，脉冲频率为25Hz，正脉冲的幅值为0.5C-1.0C，脉冲的时间为24ms，间歇时间为16ms，共进行1小时；第二阶段为非对称间歇式正负组合脉冲化成，脉冲频率为25Hz，正脉冲的幅值为0.5C-1.0C，脉冲的时间为24ms，负脉冲的幅值为0.3C-0.8C，负脉冲的时间为8ms，正负脉冲交替进行，间歇时间为4ms，共进行22小时。由于采用多步间歇和负脉冲放电步骤，可以减少化成中的析气量，减少化成时电解液的浓差极化，减少热量产生，从而提高化成效率。
专利文献CN 106129504 A公开了一种铅酸蓄电池化成方法，包括：多阶段恒流化成和正负脉冲化成。其中，多阶段恒流化成包括多个阶段，各个阶段的化成电流均不相同，比如，各个阶段的恒流化成电流大小分别为0.02C、0.04C、0.15C、0.30C；正负脉冲化成由正脉冲化成、间歇、负脉冲化成、间歇循环构成。
现有技术中，化成前期通常采用持续充电方式，但是电池会产生大量热量，导致电解液温度升高，水分损失，硫酸密度升高，化成效率降低，而且电池温度过高，会影响电池低温性能，另一方面，温度过高，生成硫酸铅结晶大，极化大，难化成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铅酸蓄电池分阶段化成方法，有效提高化成效率，并缩短化成时间。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铅酸蓄电池分阶段化成方法，将待化成电池加酸后置于冷水浴中，分四个阶段进行化成，
第一阶段：充电至蓄电池电压达到2.75～2.9V/单格，放电至达到终止电压；
第二阶段：正负脉冲化成充电至蓄电池电压达到2.75～2.9V/单格，放电至达到终止电压，并重复该过程若干次；
第三阶段：以幅值递减的方式分步对蓄电池进行正负脉冲化成充电，直至蓄电池电解液密度达到设定标准，放电至达到终止电压；
第四阶段：充电至蓄电池电压稳定。
待化成电池加酸后，电池内部酸碱反应会产生大量热量，冷水浴能够快速吸热，避免电池内部因温度过高影响活性物质结构。冷水浴温度为0～15℃。
待化成电池在冷水浴中静置1～2h后开始充电化成。化成过程中，温度控制在20～40℃。
本发明根据化成过程中极板内部活性物质的转化情况，将化成工艺分四个阶段进行，每个阶段采用充电和放电结合的方式，在每一步充电到一定程度，极化较大时开始放电，消除极化，避免过多水分损失，保持硫酸密度在较低水平，化成更快。放电程度比一般的化成工艺更深，一方面可以提高充电接受能力，另一方面有足够的时间降温，避免电池内部温度过高，每次放电至终止电压1.67～2V/单格。
作为优选，第一阶段、第二阶段、第三阶段的放电条件为：0.5C恒流放电。
第一阶段中，由于化成初期，电池极板基本不导电，欧姆电阻比较大，产生的焦耳热多，因此，化成前期采用小电流化成，形成导电物，然后采用较大电流进行充电，既可以减少电流产热，又可以减少充电时间。
作为优选，第一阶段中，充电包括：0.15C～0.5C恒流充电4h，0.5C正负脉冲化成充电4h，正负脉冲化成充电的条件为：正脉冲的时间为1～2s，负脉冲的时间为0.05～0.1s，正负脉冲交替进行，间歇时间为0.1～0.2s。更为优选，所述恒流充电分两步进行，0.15C恒流充电2h，0.25C恒流充电2h。
第二阶段的化成工艺，采用间歇式正负脉冲化成与恒流放电交替循环方式，能有效去极化，提高充电效率，避免电池内部温度过快升高。
作为优选，第二阶段中，正负脉冲化成充电的条件为：正脉冲的幅值为0.4～0.7C，时间为1～2s，负脉冲的幅值为0.3～0.7C，时间为0.05～0.1s，正负脉冲交替进行，间歇时间为0.1～0.2s。
第二阶段，正负脉冲化成与恒流放电重复进行4次，恒流放电的时间逐次增加，正负脉冲化成时间也逐次增加，充入的电量一部分要补充前一次放出的电量，一部分用来使未转化的部分转化为活性物质。具体地，正负脉冲充电2.5h，恒流放电0.75h；正负脉冲充电3h，恒流放电1h；正负脉冲充电3.5h，恒流放电1.3h；正负脉冲充电3.5h，恒流放电1.75h。
为了保证电池的开路电压，第三阶段，充入较多电量，一方面使极板未转化的物质转化为可利用的活性物质，另一方面，电池达到一定电压后，开始失水，电解液酸密度达到设定标准。不同类型的电池，其电解液酸密度要求不同，各个步骤的充电量、放电量也需相应地增加或减少。
作为优选，第三阶段中，正负脉冲化成充电三步完成，正负脉冲的幅值依次为0.5C、0.3C、0.2C，化成时间依次为6h、2h、2h；每步的正负脉冲化中，正脉冲的时间为1～2s，负脉冲的时间为0.05～0.1s，正负脉冲交替进行，间歇时间为0.1～0.2s。
化成的最后阶段主要为补充电量，给电池充满电。作为优选，第四阶段中，充电条件为：0.5C正负脉冲化成充电3h，0.2C正负脉冲化成充电2h，0.015C浮充1h，每步的正负脉冲化中，正脉冲的时间为1～2s，负脉冲的时间为0.05～0.1s，正负脉冲交替进行，间歇时间为0.1～0.2s。
本发明具备的有益效果：
(1)本发明化成工艺采用多步充放电化成，化成初期，采用小电流充电，将导电性不好的物质转化为导电物，同时减少电流产热。
(2)化成过程中，采用间歇式正负脉冲化成，减少化成时电化学极化、浓差极化，从而提高化成效率。
(3)本发明采用多阶段放电，每步充电到一定程度，采用恒流放电，去极化，避免过多水分损失导致酸密度升高，影响化成；放电过程电池吸热，多步放电也避免了电池温度升高过高。
(4)采用本发明工艺，化成时间缩短到44h，提高化成效率50％以上。化成的极板结构更紧密，强度更好，电池100％DOD循环寿命450次以上，比普通电池寿命提高20％以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
6-DZM-12电池
电池加酸温度9℃，加酸密度1.250g/ml。采用真空加酸机自动加酸，真空度0.05MPa，抽5次真空。
加酸后置于10℃冷却水中，静置1h，开始充电。水温控制在38℃左右。
恒流充电电流2A-5A；脉冲充电：正脉冲幅值2A-6A，脉冲时间1s，负脉冲幅值2A-6A，脉冲时间0.05s，间歇时间0.15s。0.5C恒流放电。
第一阶段：恒流2A充电2h，恒流3A充电2h，6A脉冲4h，6A放电0.5h。
第二阶段：6A脉冲充电2.5h，恒流放电0.75h。
第三阶段：6A脉冲充电3h，恒流放电1h。
第四阶段：6A脉冲充电3.5h，恒流放电1.3h。
第五阶段：6A脉冲充电3.5h，恒流放电1.75h。
第六阶段：6A脉冲充电6h，3.6A脉冲充电2h，2.4A脉冲充电2h，6A恒流放电2h。
第七阶段：6A脉冲充电3h，2.4A脉冲充电2h，0.3A恒流浮充1h后抽酸。
将化成后的电池进行性能检测，结果如表1所示。
表1
工艺 开路电压 2hr容量 循环寿命
普通工艺 13.25-13.35V 125-127分钟 350-400次
脉冲工艺 13.24-13.32V 126-129分钟 450次以上
与采用直流充电的普通工艺相比，本发明的脉冲工艺开路电压略低，放电时间高出1-2分钟。循环寿命普通工艺一般在350-400次，本发明的脉冲工艺达到450次循环以上。
实施例2
6-DZM-12电池
化成前处理同实施例1。
恒流充电电流2A-5A；脉冲充电：正脉冲幅值2A-8A，脉冲时间1s，负脉冲幅值2A-8A，脉冲时间0.1s，间歇时间0.2s。0.5C恒流放电。
第一阶段：恒流2A充电2h，恒流3A充电2h，8A脉冲4h，6A放电0.5h。
第二阶段：8A脉冲充电2.5h，恒流放电0.75h。
第三阶段：8A脉冲充电3h，恒流放电1h。
第四阶段：8A脉冲充电3h，恒流放电1.3h。
第五阶段：8A脉冲充电3.5h，恒流放电1.75h。
第六阶段：8A脉冲充电5h，3.6A脉冲充电2h，2.4A脉冲充电2h，6A恒流放电2h。
第七阶段：8A脉冲充电2h，2.4A脉冲充电2h，0.3A恒流浮充1h后抽酸。
将化成后的电池进行性能检测，结果如表2所示。
表2
工艺 开路电压 2hr容量 循环寿命
普通工艺 13.25-13.35V 125-127分钟 350-400次
脉冲工艺 13.27-13.36V 128-133分钟 400次以上
实施例3
6-DZM-20电池
电池加酸温度9℃，加酸密度1.250g/ml。采用真空加酸机自动加酸，真空度0.05MPa，抽5次真空。
加酸后置于冷却水浴中，静置1.5h，开始充电。水温控制在32℃左右。
恒流充电电流2A-6A，脉冲充电，正脉冲幅值4A-10A，脉冲时间2s，负脉冲幅值4A-10A，脉冲时间0.1s，间歇时间0.1s。0.5C恒流放电。
第一阶段：恒流3A充电2h，恒流5A充电2h，10A脉冲4h，6A放电0.5h。
第二阶段：10A脉冲充电2.5h，恒流放电0.75h。
第三阶段：10A脉冲充电3h，恒流放电1h。
第四阶段：10A脉冲充电3.5h，恒流放电1.3h。
第五阶段：10A脉冲充电3.5h，恒流放电1.75h。
第六阶段：10A脉冲充电6h，6A脉冲充电2h，4A脉冲充电2h，0.5C恒流放电2h。
第七阶段：10A脉冲充电3h，4A脉冲充电2h，0.3A恒流浮充1h后抽酸。
将化成后的电池进行性能检测，结果如表3所示。
表3
工艺 开路电压 2hr容量 循环寿命
普通工艺 13.25-13.35V 120-126分钟 300-360次
脉冲工艺 13.27-13.36V 125-128分钟 350次以上

Claims (7)

1.一种铅酸蓄电池分阶段化成方法，其特征在于，将待化成电池加酸后置于冷水浴中，分四个阶段进行化成，
第一阶段：充电至蓄电池电压达到2.75～2.9V/单格，放电至达到终止电压；
第二阶段：正负脉冲化成充电至蓄电池电压达到2.75～2.9V/单格，放电至达到终止电压，并重复该过程若干次；
第三阶段：以幅值递减的方式分步对蓄电池进行正负脉冲化成充电，直至蓄电池电解液密度达到设定标准，放电至达到终止电压；
第四阶段：充电至蓄电池电压稳定。
2.如权利要求1所述的铅酸蓄电池分阶段化成方法，其特征在于，化成过程中，温度控制在20～40℃。
3.如权利要求1所述的铅酸蓄电池分阶段化成方法，其特征在于，第二阶段中，正负脉冲化成充电的条件为：正脉冲的幅值为0.4～0.7C，时间为1～2s，负脉冲的幅值为0.3～0.7C，时间为0.05～0.1s，正负脉冲交替进行，间歇时间为0.1～0.2s。
4.如权利要求1所述的铅酸蓄电池分阶段化成方法，其特征在于，第三阶段中，正负脉冲化成充电三步完成，正负脉冲的幅值依次为0.5C、0.3C、0.2C，化成时间依次为6h、2h、2h；每步的正负脉冲化中，正脉冲的时间为1～2s，负脉冲的时间为0.05～0.1s，正负脉冲交替进行，间歇时间为0.1～0.2s。
5.如权利要求1所述的铅酸蓄电池分阶段化成方法，其特征在于，第一阶段中，充电包括：0.15C～0.5C恒流充电4h，0.5C正负脉冲化成充电4h，正负脉冲化成充电的条件为：正脉冲的时间为1～2s，负脉冲的时间为0.05～0.1s，正负脉冲交替进行，间歇时间为0.1～0.2s。
6.如权利要求1所述的铅酸蓄电池分阶段化成方法，其特征在于，第一阶段、第二阶段、第三阶段的放电条件为：0.5C恒流放电。
7.如权利要求1所述的铅酸蓄电池分阶段化成方法，其特征在于，第四阶段中，充电条件为：0.5C正负脉冲化成充电3h，0.2C正负脉冲化成充电2h，0.015C浮充1h，每步的正负脉冲化中，正脉冲的时间为1～2s，负脉冲的时间为0.05～0.1s，正负脉冲交替进行，间歇时间为0.1～0.2s。
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