1 引言
本文讨论阀控铅酸蓄电池失效的主要原因,包括板栅腐蚀、板栅生长、水损失、电解液层化、热失控、单体电池不均衡、内阻增大、酸密度、气体复合效率。为了延长使用寿命,提出相应的解决方法。
2 试验方法
从50节抽样母体电池中,随机抽取4节12V80AH铅酸电池。开始测试前,测试电池充满电,在25℃环境下,4节电池串联,10小时率的实际容量不低于额定容量(10hr-10.8V,C10≥80AH)。然后按下述方法进行测试(25℃):
步骤 | 充/放电 | 电流 | 电压 | 时间/次数 | 0 | 电池编号 | 记录每只电池每次测试前的重量(kg)和内阻(mΩ) | 1 | 放电 | 8A | 放电终止电压43.2V | 放电时间+放电后不充电时间=15h | 2 | 充电 | 12A限流 | 57.6V | 充电10h | 3 | 重复0-2步,直到连续2次电池放电时间小于5小时,结束试验。 | 4 | 结束试验,记录每只电池的重量(kg),内阻(mΩ) | 3 试验结果
从上面两个图可以看出,经过模拟停电试验,电池随循环次数的增加失水逐渐严重,电池内阻逐渐增大,电池充电接受能力逐渐降低,容量也逐渐下降,最终失效。下面对电池失效的原因进行分析讨论。
4 分析讨论
对电池失效原因进行了分析,发现主要的影响因素有:正极活性物质蜕变及与板栅失去结合力、气体复合效率、电池的内阻、电池失水、电解液的层化和隔板的影响、热失控、酸的密度。
4.1 正极活性物质蜕变及与板栅失去结合力
电池在放电期间,PbO2到PbSO4的转化经由溶解-沉积机理[1,2],再充电时,PbO2以与放电前存在的PbO2轻微不同的形貌再沉积,随着循环的进行,可能引起正极活性物质形貌的变化。被假定为连接PbO2颗粒的颈区慢慢变厚,导致颗粒间最终失去结合力。
随循环次数的增加,活性物质的比表面降低,晶体微粒也随循环次数的增加而增大,使得ß-PbO2逐渐与板栅失去接触。并且随活性物质的膨胀,PbO2颗粒间的导电性降低,因而膨胀使活性物质之间电阻增加,导致PbO2软化,失去放电能力,并使电池容量下降。放电越深,活性物质的膨胀和容量的损失的趋势越大。
在放电过程中,板栅和活性物质界面形成非导电层或低导电层,在板栅和活性物质界面引起高的电阻,这层高电阻层在充放电循环时发热,使板栅附近正极板活性膨胀,导致正极容量下降。
4.2 气体复合效率的影响
由于气体复合效率不可能达到100%,负极总有少量的硫酸铅存在,使负极长期处于非完全充电状态,形成不可逆的硫酸铅。在放电初期,小颗粒的硫酸铅晶体生长变大,静置时通过溶解-重结晶过程生长变大。随着循环的进行,负极板上的硫酸铅晶体颗粒变得越来越大,含量越来越高,负极板电位逐渐正移,容量逐渐降低,导致电池寿命终结。
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