隔板飽和度與閥控式密封鉛酸蓄電池壽命關(guān)系

孫金莉

(國網(wǎng)湖北省電力公司，湖北武漢430050)

隔板飽和度與閥控式密封鉛酸蓄電池壽命關(guān)系

孫金莉

(國網(wǎng)湖北省電力公司，湖北武漢430050)

研究了超細玻璃纖維(AGM)隔板材料飽和度與變電站閥控式密封鉛酸蓄電池壽命之間的關(guān)系。對飽和度不同的5只電池分別進行放電深度(DOD)循環(huán)壽命實驗，其中AMG隔板材料的飽和度為90%～98%，這使閥控式鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命得到很大提升。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，閥控式鉛酸蓄電池正極活性物質(zhì)充電不足會導(dǎo)致隔板材料的飽和度越高，閥控式鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命越短。

鉛酸蓄電池；AGM隔板材料；飽和度；循環(huán)壽命

閥控式鉛酸蓄電池有不同的失效原因且對應(yīng)不同的解決方法，本文主要研究不同隔板材料的飽和度對變電站用閥控式鉛酸蓄電池壽命的影響，當隔板材料的飽和度不同時，也就是當電池的灌酸量不同時，閥控式鉛酸蓄電池失效時間也明顯不同[1]。

1 實驗

實驗的主要環(huán)境條件：溫度為(25±4)℃，濕度為50%±8%，本實驗主要采用美國某公司生產(chǎn)的循環(huán)充放電設(shè)備進行測試。本實驗所采用的電池選用同一公司生產(chǎn)的同批次的5只12 V、100 Ah的閥控式鉛酸蓄電池，其中電池的正極板柵合金為Pb-Ca-Sn合金，分別對5只電池灌注不同的酸量，并保證電池的飽和度分為92%、94%、96%、98%、100%，同時，對5只電池以10C進行放電，放電電流10 A，終止電壓為10.5 V，隨后，以10C對電池進行充電，充電電流為10 A，充電恒壓14.2 V，充電24 h。如此反復(fù)循環(huán)測試電池的循環(huán)壽命。當電池的剩余容量達到初始容量的3/4時則認為其循環(huán)壽命終止[2]，最后對實驗電池進行分析與解剖。

2 結(jié)果與分析

2.1 循環(huán)壽命和充電效率

圖1為實驗所得5只電池的循環(huán)壽命曲線，觀察圖1可發(fā)現(xiàn)，隔板材料飽和度為92%、94%、96%、98%、100%的鉛酸蓄電池所對應(yīng)的循環(huán)壽命分別為182次、175次、151次、115次、50次。放電時，對隔板材料飽和度為92%和100%的兩只電池的電極電位分別進行跟蹤測試，圖2所示為測試結(jié)果，觀察可發(fā)現(xiàn)實驗電池的正極是其失效的主要原因。

為了更好地了解隔板材料飽和度與閥控式鉛酸蓄電池循環(huán)壽命之間的關(guān)系，還要分析電池的充電效率[3]，圖3為循環(huán)過程中閥控式鉛酸蓄電池的充電效率曲線(隔板材料的飽和度分別為92%和100%)。觀察圖3可發(fā)現(xiàn)，隔板材料的飽和度為92%的電池充電效率遠遠高于隔板材料的飽和度為100%的電池。循環(huán)初期，兩種電池的充電效率相差不多，均為95%左右，但隨著循環(huán)的進行，隔板材料飽和度為92%的電池充電效率越來越高，后期基本穩(wěn)定為97%，隨著循環(huán)的進行，隔板材料飽和度為100%的電池充電效率越來越低。分析可發(fā)現(xiàn)，兩種電池的充電效率不同造成兩種電池的循環(huán)壽命差異較大。

圖1 實驗所得5只電池的循環(huán)壽命曲線

圖2 隔板材料飽和度不同時電池的電極電位曲線

圖3 隔板材料飽和度不同時電池的充電效率

2.2 解剖分析

對實驗所用的隔板材料飽和度分別為92%和100%的電池進行解剖，發(fā)現(xiàn)隔板材料飽和度為92%的電池的正極活性物質(zhì)出現(xiàn)了脫落、軟化等現(xiàn)象，也就是出現(xiàn)了電池的早期容量損失的現(xiàn)象，而隔板材料飽和度為100%的電池的正極活性物質(zhì)沒有出現(xiàn)任何異常現(xiàn)象[4]。為了對兩種電池的失效原因進行進一步的分析，對壽命已經(jīng)終止的隔板材料飽和度為92%和100%的電池進行掃描電鏡(SEM)和射線衍射(XRD)分析，如圖4～圖5所示。觀察圖4可發(fā)現(xiàn)，隔板材料飽和度為92%的電池的正極活性物質(zhì)主要為β-PbO2，隔板材料飽和度為100%的電池的正極活性物質(zhì)主要為PbSO4和β-PbO2。

觀察圖5可發(fā)現(xiàn)，隔板材料飽和度為92%和100%的電池的正極活性物質(zhì)的SEM圖差異較大，其中壽命已終止的隔板材料飽和度為92%的電池的正極活性物質(zhì)所出現(xiàn)的顆粒相互獨立；壽命已終止的隔板材料飽和度為100%的電池的正極活性物質(zhì)出現(xiàn)彼此相連的顆粒，且有未轉(zhuǎn)化的PbSO4顆粒出現(xiàn)。

圖4 隔板材料飽和度不同的電池的XRD圖

圖5 隔板材料飽和度不同的電池的SEM圖

隔板材料飽和度為100%的電池壽命終止的主要原因是正極活性物質(zhì)的充電不足，而隔板材料飽和度為92%的電池由于正極活性物質(zhì)所出現(xiàn)的顆粒相互獨立，接觸效果較差，從而造成電池的內(nèi)阻增加最終造成電池的失效[5]。當閥控式鉛酸蓄電池的隔板材料的飽和度過高時，電池正極活性物質(zhì)出現(xiàn)充電不足的現(xiàn)象，這主要是因為當電池進行恒壓限流充電時，電池負極因氧復(fù)合的能力不足使得電位較負，從而造成電池的電壓迅速達到恒壓值，最終使得電池的正極活性物質(zhì)處于欠充狀態(tài)，此時，繼續(xù)循環(huán)時就會由于正極活性物質(zhì)充電不足造成電池失效。

3 結(jié)論

當閥控式鉛酸蓄電池的隔板材料的飽和度過高時，電池的充電效率大大降低且循環(huán)壽命較短。這主要是因為電池進行恒壓限流充電時，電池負極因氧復(fù)合的能力不足造成電池的電壓迅速達到恒壓值。對于正極板柵合金為Pb-Ca-Sn合金的閥控式鉛酸蓄電池，當隔板材料的飽和度為90%～96%時，電池的循環(huán)壽命較高。

[1]曹才開.延長閥控密封鉛酸蓄電池壽命的研究[J].電源技術(shù)，2004(6)：354-357.

[2]孔德龍,周慶申.隔板在閥控式密封鉛酸蓄電池中的應(yīng)用[J].電源技術(shù)，2007(9)：736-740.

[3]王杜友，張繼勝，茆黎明，等.電池組裝壓力對AGM隔板吸酸飽和度的影響[J].蓄電池，2014(4)：167-170，185.

[4]馬俊立，胡彩娟，王崇陽.提高動力用VRLA電池循環(huán)壽命的措施[J].蓄電池，2007(4)：155-157.

[5]戎春園.變電站閥控式密封鉛酸蓄電池失效原因分析及對策[J].低碳世界，2013，14：32-34.

[6]包有富.AGM隔板飽和度對VRLA電池循環(huán)壽命的影響[J].電池,2007(4):284-285.

Relationship between plate saturation and valve controlled lead acid battery life

SUN Jin-li
(State Grid Hubei Electric Power Company,Wuhan Hubei 430050,China)

The main research contents were the relationship between separator material saturation and the cycle life of valve regulated lead acid battery used in substations. The main content of the test was carrying out DOD(deep circulation,i.e.,discharge 100%)cycle life test for 5 batteries with different saturation degree.The saturation of AMG separator material was 90%-98%, which made the cycle life of valve regulated lead acid battery to be greatly improved.It was found that the valve regulated lead-acid battery positive electrode active material shortage would lead to higher saturation of the separator material and shorter cycle life of the valve controlled lead-acid battery.

lead-acid battery;AGM separator materials;saturation;cycle life

TM 912

A

1002-087 X(2017)10-1450-02

2017-03-15

孫金莉(1982—)，女，湖北省人，高級工程師，主要研究方向為電池、電源新型材料的開發(fā)與應(yīng)用。