VRLA蓄电池配方对蓄电池性能的影响

胡耀东　长沙电源厂

　　摘 要 阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）的极板铅膏配方及和膏工艺应根据产品的用途和性能要求而定。作者根据近15年来研制这种产品的实际经验提出4种正、负极板铅膏配方供业界同仁参考。

　　关键词 阀控式密封铅酸蓄电池 铅膏配方 和膏工艺

1 概述

　　阀控式密封铅酸蓄电池在中国迅速发展，只有近十几年的时间，正如吴寿松老前辈指出的那样，中国阀控式密封铅蓄电池，是放大了的起动型蓄电池。不论是工艺、配方，还是结构设计都有相当大的继承性，只不过是采用了高纯度的材料及铅钙或低锑多元合金的板栅材料。不论是容量、规格大小，一般的生产厂家在生极板铅膏配方及和膏工艺方面大同小异，而不同的厂家由于生产条件、环境及工人素质等因素差别较大，为了保证产品质量，采取了不同的配方工艺。这都是在不断改进，试验优选的基础上确定的。现将本人近15年来在这方面的实践体会，写出来供业界同仁参考。

2 铅膏配方及生极板制造

　　2.1 配方1及其特点

　　正极铅膏配方：铅粉100kg(表观密度1.75-1.95g/cm3，氧化度70%-80%)

　　纯水11-12kg

　　化学短纤维50g

　　密度1.400(25℃)的硫酸10.5kg

　　负极铅膏配方：铅粉100kg

　　沉淀硫酸钡600g

　　木素磺酸钠250g

　　炭黑200g

　　化学短纤维50g

　　密度1.400(25℃)的硫酸10.5kg

　　纯水9-11kg

　　以上配方，是以西欧国家汽车用蓄电池的铅膏配方，和制成砂型膏，机械涂片。但是用这一配方来和成手工涂板的半砂型铅膏，涂成正极板5mm厚、负极板4mm厚的阀控式密封蓄电池极板就会出现难以化成透的问题。为使蓄电池有好的初容量，在化成槽化成时，充入10倍额定容量的电量也没有化成透。实践证明配方中50g纯硫酸/kg铅粉以上，不适宜用于厚型极板。不但化成费电费时，初容量也不好。而把铅膏含酸量减至31g纯硫酸/kg铅粉，其他料量不变，并且把硫酸溶液密度减小至1.250(25℃)时，不但和膏工艺便于操作，而且化成时只要6-7倍额定容量的电量即可使同样厚度极板化成好，正极板表面无白斑，蓄电池初容量也能达到设计要求。在和膏工艺方面，同样的水量如果酸前加水量不足，加酸后和制一段时间，再加水成膏，这后来加的水几乎不与铅粉反应，铅膏表观密度较高，表面看硬度大，但水容易散失，不但造成涂片时困难，而且固化，干燥中往往会出现掉粉、裂纹等现象。如果和膏过程中是在加酸之前加足了水，加酸后就成为符合涂片的铅膏，或加很少量的调整水。这种铅膏表现密度不大，稠度适宜。不论是和制粘性、半砂型或砂型铅膏都应如此。和膏时的温度控制非常重要，有时温度过高，超过了70℃会使铅膏发硬，甚至不能涂片，勉强涂片，也往往会造成生极板疏松、掉粉、脱皮等质量问题。

　　2.2 配方2及其特点

　　正极铅膏配方：铅粉100kg

　　化学短纤维240g

　　纯水14.3kg

　　乙炔黑0.5kg

　　密度1.400(25℃)的硫酸

　　8.4kg（纯酸42g/kg铅粉）

　　负极铅膏配方：铅粉100kg

　　硫酸钡560g

　　木素磺酸纳330g

　　半补强炭黑220g

　　化学短纤维200g

　　密度1.400的硫酸（25℃）

　　6.44kg(纯酸32.2g/kg铅粉)

　　纯水11-12kg

　　此配方的特点是在正极铅膏内添加了乙炔黑和加大了化学短纤维的量，和膏工艺也注意了温度，在夏天高温季节采取了加水和加酸相间的办法，使和膏温度不高于70℃。纯硫酸含量适中，再加上正负板栅厚度比例设计合理等因素，因此配方被许多厂采用，初容量和高倍率放电性能比较理想。但是正极铅膏中加了乙炔黑，机械强度有所影响，如能做到紧装配，也就是将100kPa压力测定的公称厚度的玻棉隔板，再压缩15%～20%，这样夹紧装配，则不存在正极板机械强度的问题。多加了化学短纤维也弥补了强度较差的不足。

　　2.3 配方3及其特点

　　正极铅膏配方：

　　铅粉100kg（氧化度65%-75%；表现密度1.6%-1.8%g/cm3）

　　化学短纤维150g

　　试剂（高纯）石墨1kg

　　聚四氟乙烯乳液100g

　　纯水7-8kg（含3kg氧化水）

　　密度1.200(25℃)的硫酸14kg(38g/kg铅粉)

　　调整水1～2kg

　　（铅膏表现密度4.0～4.2g/cm3）

　　负极铅膏配方：

　　铅粉100kg

　　化学短纤维50g

　　硫酸钡400g

　　腐殖酸700g

　　纯水6～7kg

　　炭黑200g

　　密度1.200(25℃)的硫酸14kg

　　调整水1～2kg

　　（铅膏表现密度4.2～4.4g/cm3）

　　此配方特点是正极铅膏中添加了高纯石墨和聚四氟乙烯乳液，在保证极板机械强度的情况下，提高了大电流放电性能，使GFM—300型蓄电池1小时率放电提高近10%。由于含酸量不高，化成时较容易化成透，因此活性物质利用率较镐。近来有了所谓异性多向石墨可以制造成粗粒状，但效果尚待进一步试验。

　　和膏工艺取决于和膏机型，及涂板方式和铅粉性能。一般都是立式桨叶搅拌式和膏机。手工涂片可和制成粘性铅膏，国产涂板机涂片时则宜和制成半砂型铅膏（俗称雪花膏），而采用进口涂板机涂板时则必须提高和膏时用的酸密度（一般为1.400，25℃）和制成砂型膏。手工涂片和膏时间在60～70min之间，加酸时间长（一般为12～15min加完酸），其余是和制时间。

2.4 配方4及其特点

　　正极铅膏配方：

　　铅粉100kg

　　化学短纤维（聚丙烯纤维）100g

　　密度1.250(25℃)的硫酸17.8kg

　　纯水8.0kg

　　铅粉100kg

　　化学短纤维（聚丙烯纤维）100g

　　硫酸钡600g

　　炭黑200g

　　木素磺酸纳250g

　　密度1.250(25℃)的硫酸12.5kg

　　纯水10～12kg

　　此配方的特点是含酸量较高，正膏中含纯硫酸约为58.7g/kg铅粉，负膏中含纯酸量为41.25g/kg铅粉。可以达到薄型极板具有较高的初容量的目的。但不可用于厚度3mm以上的极板。中国大部分中小型蓄电池企业，没有精密的化成充电设备和冷却的控制系统，厚型极板铅膏含酸量超过50g纯酸/kg铅粉时就遇到了化成不透的情况。即便是厚度在2mm左右的薄型极板，如果采用“内化成”工艺时也有化成不透的情况。在贫液状态下电液密度较高（1.250～1.270）化成透是困难的，而且不均匀，需要进行补充，进行几次充放循环。往往在10小时率充放中表现出容量早期衰减，不良品率很高。而采用“外化成”工艺时此配方用于薄型极板则可达到提高初期容量目的。

　　现在一般中小型企业生产阀控密封铅酸蓄电池，往往为了好管理或苦于没有技术力量等原因，不论是生产什么规格、什么产品、什么用途、厚型，薄型极板一律采用某一种配方而不加任何改变。有的为了降低成本，减少添加剂含量，有的为了增加初容量，在负极铅膏中把硫酸钡的添加量增到900g/kg铅粉，化学短纤维增至30g/kg铅粉（当然国产锦纶纤维不耐酸蚀，含水量有的高达40%以上也是一个原因）。总之，铅膏配方应按极板厚薄，产品的用途对产品性能的要求，采用不同的铅膏配方及和膏工艺，不可千篇一律地采用一种工艺配方。对于新型有效的配方及不同类型的添加剂应积极推广使用，例如，专用“红丹”“异性多向石墨”“改性木素磺酸盐”“羧甲基纤维素纳”。对于我们传统的配方添加剂，例如加棉花的胶状膨胀剂及用于厚型长寿命极板的半炭木屑、甘油配方；腐殖酸、栲胶、十二烷基磺酸纳的低温配方以及正极铅膏中添加硫酸锡等物质的配方也值得试验研究。至于有些文章中提到的扩散N，发孔剂M等等因不知基细节无法在此讨论。

摘自《中外电源》