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《铅酸蓄电池论文集锦2》2006年11月29日整理一、阀控铅酸蓄电池的热失控及其对策1、前言近年来，随着信息以及电子技术的高速发展，要求提供质量更好，使用更方便，维护更简单的备用电源。VRLA电池因其价格低廉、电压稳定、无污染、无需维护等优点，在通信、金融、电力等领域得到广泛应用。但是，往往由于对蓄电池的不合理使用，产生了蓄电池的电解液干涸、热失控、早期容量损失、内部短路等问题，进而严重影响到供电系统的可*性。本文重点讨论有关温度对阀控式密封铅酸蓄电池的影响。2、温度对阀控式酸蓄电池容量的影响同容量系列电池，以相同放电速率，在一定环境温度范围放电时，使用容量随温度升高而增加，随温度降低而减小。在环境温度10～45℃范围内，铅蓄电池容量随温度升高而增加，如阀控密封铅蓄电池在40℃下放电电量，比在25℃下放电的电量大10%左右，但是，超过一定温度范围，则相反，如在环境温度45～50℃条件下放电，则电池容量明显减小。低温（5℃）时，电池容量随温度降低而减小，电解液温度降低时，其粘度增大，离子运动受到较大阻力，扩散能力降低；在低温下电解液的电阻也增大，电化学的反应阻力增加，结果导致蓄电池容量下降。其次低温还会导致负极活性物质利用率下降，影响蓄电池容量，如电池在-10℃环境温度环境温度下放电时，负极板容量仅达35%额定容量。3、温度对阀控式密封铅酸蓄电池寿命的影响温度不仅影响电池的容量，而且影响电池的寿命。一般而言，在特定条件下，阀控式密封铅酸蓄电池的有效寿命期限称为蓄电池的使用寿命。阀控式密封蓄电池内部电解液干涸或发生内部短路、损坏而不能使用，以及容量达不到额定要求时蓄电池使用失效，这时电池的使用寿命终止。阀控式密封蓄电池的使用寿命包括使用期限和循环寿命。使用期限是指蓄电池可供使用的时间，包括蓄电池的存放时间。循环寿命是指蓄电池可供重复使用的次数。电池系列不同，或同一系列但用途不同，使用寿命也不同。这主要取决于电池的设计和生产过程控制。在环境温度25±5℃下，阀控式密封铅酸蓄电池的100%DOD循环寿命可达300次～500次，浮充使用寿命可长达15年～20年。一般地说，阀控式密封铅酸蓄电池终止规律与传统蓄电池一样，即循环使用时，其寿命主要依赖于充放电深度，浮充使用蓄电池的寿命主要依赖于浮充电压和温度。阀控式密封铅蓄电池与传统富液式铅蓄电池的失效模式不尽相同。由于阀控式密封铅蓄电池是紧装配，正极活性物质不易脱落，电解液分层现象大为减轻。正常情况下，阀控式密封铅酸蓄电池寿命终止的主要原因有4点：①电解液干涸：电解液作为参加化学反应的物质，在阀控式密封铅酸蓄电池中是容量的主要控制因素。电解液干涸将造成电池失效。②热失控：热失控可使蓄电池外壳鼓胀，装配压力减小，水份散失。造成电池容量减少，最终导致电池失效。③电池容量逐渐下降：引起其容量衰退的因素有：活性物质晶型改变，表面积收缩，活性物质膨胀、脱落、骨架或基板腐蚀等。④内部短路：由于隔膜物质的降解老化而穿孔，活性物质的脱落、膨胀使两极连接，或充电过程中生成枝晶穿透隔膜等引起内部短路。下面就温度对阀控式密封铅蓄电池实效因素的影响进行分析。3.1电解液干涸从阀控式密封铅蓄电池中排出氢气、氧气、水蒸汽、酸雾，都是电池失水的方式和干涸的原因。干涸造成电池失效这一因素是阀控式密封铅蓄电池所特有的。失水的原因有四：①气体再化合的效率低；②从电池壳体中渗出水；③板栅腐蚀消耗水；④自放电损失水。温度升高，使②③④的失水速度都增加，从而加速干涸方式失效。因此阀控式密封铅酸蓄电池应避免长期高温条件下使用。长期高温环境下使用时，应采取降温措施，以延长电池寿命。3.2热失控大多数电池体系都存在发热问题，在阀控式密封铅蓄电池中可能性就更大，这是由于：氧再化合过程使电池内产生更多的热量；排出的气体量小，减少了热的消散；较富液式体积比能量高，相对散热面积小。若阀控式蓄电池工作环境温度过高，或充电设备电压失控，则电池充电量会增加过快，电池内部温度随之增加，大容量电池散热不佳，从而产生过热，电池内阻下降，充电电流又进一步升高；反过来电流的升高又使电池内部温度再升高，内阻进一步降低。如此反复形成恶性循环，直到热失控使电池壳体严重变形、胀裂。为杜绝热失控的发生，要采用相应的措施：①单体电池容量不可过大，将适当容量的电池并联成大容量，有利于散热；②充电设备应有温度补偿及预限流功能；③严格控制安全阀质量，避免失灵，保证电池内部气体正常排出；④蓄电池要设置在通风良好的位置，排列不可过于紧密，单体电池间间距为5mm～10mm。3.3、电池容量下降引起电池容量下降、导致电池失效的因素很多，归纳起来有以下几种。3.3.1早期容量衰减（PCL）PCL现象的出现，使阀控式密封铅酸蓄电池寿命缩短，可*性变差。如设计寿命可达20年的浮充用阀控式密封铅酸蓄电池，实际使用寿命仅有2-3年，大多数阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命也只有5年左右，而设计寿命为2-5年的启动用阀控式密封铅酸蓄电池只能用几个月。引起PCL的主要原因有突然容量损失、缓慢的容量损失和负极无法再充电3种模式。其现象称为PCL-1、PCL-2和PCL-3。PCL-1的主要原因是板栅形成阻挡层，通过对腐蚀层性质的研究，改进了电池的制造工艺，在很大程度上解决了此问题；PCL-2是正极板以较低的速度损失容量，其原因不是通常所见的板栅腐蚀硫酸盐化或活性物质脱落等，而是由于多孔活性物质膨胀引志颗粒之间互相隔绝而造成的；PCL-3主要是由于负极充电困难，再充电不足，从而导致负极板底部1/3处硫酸盐化而造成的。随着阀控式密封铅酸蓄电池技术研究的不断深入，PCL问题在一定程度上得到缓解。温度对PCL有一定的影响，但其影响机理及程度大小，目前还不清楚，在进一步研究中。但高温时会使电池中添加剂氧化失效，引起活性物质的表面积减少，使电池容量下降加速。3.3.2正极板栅腐蚀和变形板栅的腐蚀速率决定于板栅合金的组成，微观结构、电极电势、电解质组成和温度以及板栅几何尺寸与蠕变。简言之，储存温度越高、放电深度越大，板栅腐蚀越剧烈；储存时间愈长腐蚀层越厚。伴随着板栅腐蚀而产生板栅变形，其结果使板栅抗张强度变小。当腐蚀产物变得很厚或板栅元件变得相当薄时，还可增加电池短路故障。伴随着板栅腐蚀而使正极周围耗水量增加，致使电池失水加速，使电池容量下降。3.3.3负极板钝化在高电流密度下放电时，负极很容易发生钝化，其原因是在此过程有大量的离子要以很短的时间进入电解液，而形成晶核需要一些时间，这样在电极表面的呈现过大的饱和度，与正常放电电流密度相比就能够形成数量多耐尺寸小的晶核，使得电极表面的变成孔隙小的致密层。类似于部分放电量消耗于这种硫酸铅盐层上。低温度促使负极铅钝化。温度若从常温降至0℃，溶解度降低明显，即使放电电流与低温低浓度时相同，即放电时产生的速度不变，但相对于低平衡溶解度，提高了饱和度。在低温状态，还使电解液的粘度增加，导致电解液扩散速度降低，增大电池的内阻。钝化层厚度与硫酸铅的尺寸、孔隙率和孔径结构有关，即和硫酸铅的溶解度以及铅电极表面溶液过饱和度有关。在高电流密度，低温度及硫酸浓度高时，使负极表面溶液饱和度过高，钝化层随之变厚。所以很易造成电池因放不出电而失效。3.4枝晶短路深放电之后的电池，其吸附式隔板中易出现铅绒或弥散型沉淀，导致下负极板微短路，称为枝晶短路。枝晶短路是阀控式密封铅酸蓄电池寿命缩短，即电池早期失效的主要原因之一。3.4.1枝晶短路的危害a、沉积于隔板的具有一定导电性，是电池发生微短路的原因之一。这种电池在浮充运行时的端电压比正常电池浮充电压明显偏低（2.1～2.15V），在电池放电过程，容量比正常电池小。b、在隔板中的部分，在充电过程容易转变为绒状铅，加深了微短路的影响。c、各个电池吸附隔板内电解液沉积的数量不一，因而微短路深度有所差别，扩大了浮充电池组中电池间端压的差别。3.4.2枝晶短路现象的抑制由于阀控式铅酸电池的负极板充电效率比正极板充电效率高，所以在正极析氧之前，负极已生成足够的绒状铅，用于使氧进行再化合，所以厂家在制作电池过程中，可以以负极活性物质的量作为控制因素，以减缓电池性能的恶化。除上述方法外，目前还普遍采用添加剂，以改善电池性能，如添加，，等。这些物质均为强电解质，在放电过程，其离子向负极迁移。这样，当隔板内被大量消耗时，使电解液及时补足了，则浓度不会增加，避免了在隔板中沉积。枝晶短路是铅的溶解和沉淀引起的，和电池使用温度密切相关。在电池的使用中，应尽量保持温度恒定，避免温度的大起大落，减少铅枝产生的机会，达到延长电池寿命的目的。综上所述，高温对蓄电池失水干涸、热失控、正极板栅腐蚀和变形等都起到加速作用，低温会引起负极失效，温度波动会加速枝晶短路等等，这些都将影响电池寿命。除了以上导致电池寿命缩短的因素之外，电池还有因原材料（如隔膜）质量和生产过程控制引起的失效，这些失效是电池本身的问题，受温度影响较小，这里就不再一一论述。二、电池充胀（热失控）的发生原因和预防48V电动车电池失效时，大多数均出现充胀，其发生的原因和预防办法如下：一、电池热失控发生的原因1、当电池失水严重时，气体复合通道增多，气体复合电流同步加大，充电后期电池本身因充电升温造成气体复合电流进一步上升，水分电解加快，高温高压气体产生速度大于安全阀排放速度，温度即迅速上升，对6—DZM—14（17AH）而言，电池内部最高温度129℃，电池端子71℃，外壳55℃。温度129℃可以使电池外壳ABS软化而充胀（其熔点为160℃）。（测试办法见表一）表一12V均衡充电中热失控电池最高温度的测定室温：24.5~26℃三、阀控铅酸蓄电池的热失控及其对策前言1、近年来，随着信息以及电子技术的高速发展，要求提供质量更好，使用更方便，维护更简单的备用电源。VRLA电池因其价格低廉、电压稳定、无污染、无需维护等优点，在通信、金融、电力等领域得到广泛应用。但是，往往由于对蓄电池的不合理使用，产生了蓄电池的电解液干涸、热失控、早期容量损失、内部短路等问题，进而严重影响到供电系统的可*性。本文重点讨论有关温度对阀控式密封铅酸蓄电池的影响。2、温度对阀控式酸蓄电池容量的影响同容量系列电池，以相同放电速率，在一定环境温度范围放电时，使用容量随温度升高而增加，随温度降低而减小。在环境温度10～45℃范围内，铅蓄电池容量随温度升高而增加，如阀控密封铅蓄电池在40℃下放电电量，比在25℃下放电的电量大10%左右，但是，超过一定温度范围，则相反，如在环境温度45～50℃条件下放电，则电池容量明显减小。低温（5℃）时，电池容量随温度降低而减小，电解液温度降低时，其粘度增大，离子运动受到较大阻力，扩散能力降低；在低温下电解液的电阻也增大，电化学的反应阻力增加，结果导致蓄电池容量下降。其次低温还会导致负极活性物质利用率下降，影响蓄电池容量，如电池在-10℃环境温度环境温度下放电时，负极板容量仅达35%额定容量。3、温度对阀控式密封铅酸蓄电池寿命的影响温度不仅影响电池的容量，而且影响电池的寿命。一般而言，在特定条件下，阀控式密封铅酸蓄电池的有效寿命期限称为蓄电池的使用寿命。阀控式密封蓄电池内部电解液干涸或发生内部短路、损坏而不能使用，以及容量达不到额定要求时蓄电池使用失效，这时电池的使用寿命终止。阀控式密封蓄电池的使用寿命包括使用期限和循环寿命。使用期限是指蓄电池可供使用的时间，包括蓄电池的存放时间。循环寿命是指蓄电池可供重复使用的次数。电池系列不同，或同一系列但用途不同，使用寿命也不同。这主要取决于电池的设计和生产过程控制。在环境温度25±5℃下，阀控式密封铅酸蓄电池的100%DOD循环寿命可达300次～500次，浮充使用寿命可长达15年～20年。一般地说，阀控式密封铅酸蓄电池终止规律与传统蓄电池一样，即循环使用时，其寿命主要依赖于充放电深度，浮充使用蓄电池的寿命主要依赖于浮充电压和温度。阀控式密封铅蓄电池与传统富液式铅蓄电池的失效模式不尽相同。由于阀控式密封铅蓄电池是紧装配，正极活性物质不易脱落，电解液分层现象大为减轻。正常情况下，