長壽命電動車電池極板工藝研究
1.3正、負(fù)極板及正負(fù)活性物質(zhì)的配比
VRLA設(shè)計是正極限容設(shè)計。一般考慮在DZM電池中,正、負(fù)極活性物質(zhì)的比例為1:1.05。為提高DZM電池耐過充電、過放電的能力,應(yīng)適當(dāng)提高為1:(1.06~1.10),使其在過充電狀態(tài)下,氧循環(huán)不會終止?;钚晕镔|(zhì)密度應(yīng)適當(dāng)提高,負(fù)極鉛膏密度控制在4.50~4.65g/cm3,較高的密度有利于深循環(huán)壽命。正、負(fù)板柵的厚度配比在1.40~1.75。采用薄板以提高電池耐過充電、過放電和大電流的性能,片子多,內(nèi)阻小。
1.4 活性物質(zhì)添加劑的預(yù)混合
在國內(nèi)提出活性物質(zhì)添加劑的預(yù)混合這個概念,公見于文獻(xiàn)報道的是吳壽松先生。其實這個方法是借鑒于有2000多年歷史的玻璃工業(yè)的配合料制備。在玻璃工業(yè)中,有的添加劑僅占總原料的萬分之幾。如何混勻,就是采取的添加劑預(yù)混合方法。采用水平封閉式螺旋混料機(jī)即可避免在球磨機(jī)中混合時乙炔黑發(fā)生斷鏈的問題。原料在機(jī)內(nèi)上、下翻滾,左、右向中間運(yùn)動。克服了各種原料因比重不同受地球引力影響而分層,非常均勻。為了使添加劑與主料更為均勻地分布,將一定重量的主料與混合的添加劑再行混合(吳壽松先生謂之“擴(kuò)容”,然后再將其用于生產(chǎn)配料中。這個方法10年前已開始用,非常有經(jīng)驗,極板的一致性很好。
這里不妨說一下二次大戰(zhàn)時的一個典故。當(dāng)時蘇聯(lián)的軍用光學(xué)玻璃不過關(guān),派代表去英美考察,結(jié)果用了30萬美元買回了四個字的工藝:“搗拌均勻”,一字值千金。這也說明了多種物料的化工生產(chǎn),原料混合均勻的重要性。電池的一致性差,原料混合不均勻是一個很重要的原因。許多企業(yè)從板柵開始到電池下線、入庫、全過程進(jìn)行了嚴(yán)格的過程控制,但電池因不一致性仍有不少退貨,苦于找不出原因,主要原因還在于忽視了和膏的均勻性(鉛膏的一致性)。鉛膏混合不均勻,化學(xué)組成不均勻,極板間化學(xué)和電化學(xué)性能差別就很大,即使極板的尺寸、重量控制得很嚴(yán)格,也無法改變一致性差的事實 。所以,在生產(chǎn)過程控制中,不僅要注重物理性能的一致性,更要注意化學(xué)組成的一致性。
這里自然會提出和膏均勻與否如何檢測的問題。方法是在干搗拌后鉛膏的上、中、下取3個點,以其中一種原料(或元素)為基準(zhǔn),測定其百分含量。3個點所含該原料(或元素)的誤差不超過5%為合格。在大批量生產(chǎn)中不可能每缸料、每天都進(jìn)行測定(現(xiàn)有條件和測試手段的限制),就是通過這個方法,找出和膏過程的有關(guān)操作參數(shù)加以控制,以保證和膏化學(xué)組成的均勻性、一致性。1.5 主要工藝特點
1.5.1和膏
和膏采用無級變速和膏。正極鉛膏加入PTFE乳液后,鉛膏粘性增加,往往發(fā)生鉛膏結(jié)團(tuán)被和膏機(jī)漿葉推著走,不能分散。和膏時,開始機(jī)速控制在45r/min。加完P(guān)TFE和純水的混合液后,繼續(xù)搗拌3~5min ,然后加酸。當(dāng)酸量加到60%左右時,加大機(jī)速至55~60r/min,加完酸后,繼續(xù)搗拌7~10min,和膏視密度合格,很好涂板。
負(fù)極鉛膏因加有木素,如果工藝不準(zhǔn)確,不嚴(yán)格時很容易發(fā)稀,涂板凹坑嚴(yán)重。國外公司的方法是,發(fā)稀時用添加鉛粉的方法,分3次加入,總量為和膏鉛粉的3%。方法是;將鉛粉和預(yù)混合后的添加劑干混5~6min,讓其充分搗拌均勻(這很重要,因為在濕搗拌時,添加劑在膏中已無法再均勻分散),然后按工藝規(guī)定加水、加酸,當(dāng)酸加至60%時 ,加快機(jī)速至55~60r/min。加完酸后,繼續(xù)搗拌2~3min,時間不能太長,否則會發(fā)稀。測視密度,符合要求。若鉛膏略硬(視密度略大),在和膏機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)下,用噴淋加水0.15~0.2Kg,繼續(xù)搗拌2~3min即可。要求酸、水準(zhǔn)確計量,水量根據(jù)鉛粉含水量、氧化度和空氣濕度情況進(jìn)行微調(diào),既能和制出高質(zhì)量的鉛膏。使用南京產(chǎn)的新木素,低溫性能與進(jìn)口木素相當(dāng),鉛膏沒有發(fā)稀現(xiàn)象,用量為0.3%較合適。
1.5.1 生極板工藝
涂板后的生極板不用表干,表干控制不好勢必影響板柵與活性物質(zhì)的結(jié)合強(qiáng)度。主要用人工涂板的工廠,在涂板后,應(yīng)即壓片、浸酸,進(jìn)入固化室。特別是在夏季,水分散失快。進(jìn)入固化室的極板含水量低于8%,固化往往不良。進(jìn)入固化室的極板前后時間差大,一般固化室8h后才封閉固化室。如果封閉前的固化室不保持高濕度,則先后進(jìn)入固化室的極板含水量差別太大,固化效果不一致。
固化的第一階段,生極板為放熱反應(yīng),應(yīng)低溫高濕(35~40℃,濕度100%),使極板溫度不致過高,活性物質(zhì)與板柵結(jié)合良好。第二階段中溫高濕(60±2℃,濕度95%~100%)。第三階段干燥,溫度應(yīng)緩慢上升,濕度緩慢降低,含水量1%即可完成干燥,沒必要干燥至含水量0.5%以下。因為,如果不是立即用于槽化成,空氣的濕度也會使生極板含水量高于1%,而少量的含水量在極板化成時,開始呈弱堿性環(huán)境,有利于a-PbO2的生成。固化過程中,環(huán)境氧的提供很重要,氧不足則影響固化效果。
1.5.3槽化成和電池活化工藝
一般認(rèn)為槽化成階段應(yīng)將極板化透,同時可縮短電池重放電活化的時間。其實槽化成不必化透。只要表面無白點,正、負(fù)極板顏色正常,即可出槽。這樣,正極板的強(qiáng)度好,裝槽后在電池充放電活化階段將其化透,有利于延長壽命。由于負(fù)極板的海綿狀鉛在濕度較大環(huán)境與空氣中反應(yīng)強(qiáng)烈,因此,在槽化成水洗后應(yīng)浸漬抗氧劑。采用恒流和恒壓限流方法對電池進(jìn)行激活,用計算機(jī)控制。這樣,熟極板在出槽水洗、干燥、組裝過程和與電解液反應(yīng)產(chǎn)生的損耗,即可在活化充電中補(bǔ)足。采用了充又放制,使極板活性物質(zhì)均勻化透。
在冬季沒有溫控的車間,應(yīng)將化成電流適當(dāng)提高。應(yīng)注意的是,活化過程中極板和隔板電解液應(yīng)飽和,電池不能缺酸,否則,電
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