楊 極，冉香君

中國(guó)人民解放軍78188 部隊(duì)，四川成都 610213

0 引言

近十年來(lái)，閥控式密封鉛蓄電池（VRLAB）作為備用電源在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于采用AGM 的閥控式密封鉛蓄電池來(lái)說(shuō)，由于其密封關(guān)鍵技術(shù)氧復(fù)合循環(huán)的需要，一方面電池內(nèi)部采用了貧液和緊裝配等特殊的結(jié)構(gòu)，使得其失效模式有失水、正極板柵腐蝕、早期容量損失、硫化、短路、熱失控和負(fù)極匯流排腐蝕及脫落等，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于普通鉛蓄電池的失效模式。

閥控式密封鉛蓄電池發(fā)生失水、硫化、早期容量損失故障后，只要未伴有短路或板柵與極耳嚴(yán)重腐蝕故障，電池的容量是可以恢復(fù)的。短路電池的現(xiàn)象比較明顯，它在充電過(guò)程中會(huì)表現(xiàn)出電解液溫度顯著增高。在普通鉛蓄電池中，板柵與極耳嚴(yán)重腐蝕故障往往出現(xiàn)在電池壽命終期，都不再研究其充放電時(shí)的現(xiàn)象。但對(duì)于閥控式密封鉛蓄電池來(lái)說(shuō)，這一故障可能在出現(xiàn)在壽命的早期或中期，因此其現(xiàn)象的研究是有必要的。如果能在恢復(fù)失效鉛蓄電池的容量之前診斷出電池失效的模式，特別是是否存在短路和板柵嚴(yán)重腐蝕故障，將有利于有針對(duì)性地對(duì)電池進(jìn)行修復(fù)，為此我們對(duì)一組因正極極耳嚴(yán)重腐蝕及斷裂的失效鉛蓄電池在充放電過(guò)程中的現(xiàn)象進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)電池為12 只GF-30 型鉛蓄電池。該組電池以充放電運(yùn)行方式工作，平均每年充放電8 次，平時(shí)處于擱置狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)中先用20h 率和30h 率對(duì)電池充電和過(guò)充電，直至電解液密度不再上升為止；再用10h 率電流放電，放電終止電壓為1.75V；然后重復(fù)前面的充電過(guò)程，并在充電結(jié)束時(shí)測(cè)量電池的內(nèi)阻；最后對(duì)最早發(fā)生正極極耳斷裂的電池進(jìn)行解剖。

2 結(jié)果與討論

2.1 正極板柵腐蝕機(jī)理

正極板柵的腐蝕是由于在正極所能達(dá)到的電勢(shì)范圍內(nèi)，鉛和鉛合金的熱力學(xué)不穩(wěn)定性所造成的。正極板柵以及浸沒(méi)于電解液中的正極極耳在充電過(guò)程中發(fā)生以下反應(yīng)生成PbO2：

正極板柵和極耳上的鉛或銻與活性物質(zhì)PbO2或腐蝕生成的PbO2構(gòu)成原電池發(fā)生自放電：

原電池：(-)Pb 或Sb|H2SO4| PbO2(+)

因此，正極板柵和極耳無(wú)論在擱置時(shí)還是在充電時(shí)，始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)，存在著被氧化的趨勢(shì)［5］。

2.2 失效模式分析

表1 為充電結(jié)束時(shí)各電池的狀態(tài)。由表1 可見(jiàn)，3# 和8# 的正極極耳中有一片發(fā)生斷裂，其中8# 另有一片極耳接近斷裂，充電過(guò)程中它們表現(xiàn)為端電壓高和密度低，其內(nèi)阻明顯偏高。這是因?yàn)橐环矫鏀嗔训恼龢O極耳在充電時(shí)會(huì)發(fā)生析氧的反應(yīng)，具有較高的超電位，且極耳斷裂的電池的內(nèi)阻高，因而導(dǎo)致端電壓較高；另一方面極耳斷裂的正極板得不到充電，導(dǎo)致電解液的密度偏低。此外，在第二次充電完成后，6# 電池的電解液密度有所上升， 3# 和8# 電池的電解液密度反而下降，這說(shuō)明6# 電池有硫化現(xiàn)象，經(jīng)充放電循環(huán)后得以消除，而正極極柱斷裂或嚴(yán)重腐蝕的電池經(jīng)過(guò)量充電會(huì)加重正極極耳的腐蝕，導(dǎo)致電解液密度下降。

表1 充電結(jié)束時(shí)各電池的情況

3 結(jié)論

1）較長(zhǎng)時(shí)間帶電解液擱置的鉛蓄電池，因其正極極耳的原電池電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生腐蝕，并嚴(yán)重影響電池的循環(huán)壽命；2）鉛蓄電池正極極耳斷裂后，充電過(guò)程中的端電壓高、密度低；放電過(guò)程中正極極柱要發(fā)熱、放電容量很低；電池內(nèi)阻明顯偏高；隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行其容量會(huì)越來(lái)越低，且自放電速度較快；3）鉛蓄電池正極極耳嚴(yán)重腐蝕時(shí)，在充電過(guò)程中其端電壓和密度不一定會(huì)出現(xiàn)異常；放電過(guò)程中放電容量明顯偏低、正極極柱有可能發(fā)熱；電池內(nèi)阻高于正常電池；4）鉛蓄電池正極極耳嚴(yán)重腐蝕或斷裂后，在充放電過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象與電池硫化的現(xiàn)象基本相同，但在放電時(shí)表現(xiàn)出正極極柱發(fā)熱的現(xiàn)象；5）對(duì)于閥控式密封鉛蓄電池來(lái)說(shuō)，如果使用維護(hù)不當(dāng)，電池容易在壽命早期出現(xiàn)負(fù)極匯流排腐蝕及脫落或者正極極柱的腐蝕及斷裂，則可通過(guò)上述現(xiàn)象來(lái)判斷，一旦電池出現(xiàn)這類(lèi)故障，就沒(méi)有必要對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。

[1]張華，趙金珠，童一波.VRLA電池NGBC現(xiàn)象及其機(jī)理[J].電池，2001.6：284-286.

[2]王秋虹，張捷，王華清.失效VRLA蓄電池容量恢復(fù)的研究[J].電源技術(shù)，2000，2：84-86.

[3]朱品才，魏杰，馬荷琴.通信用閥控密封鉛酸蓄電池的早期容量損失[J].電源技術(shù)，2004，1：38-42.

[4]華壽南等譯.鉛蓄電池現(xiàn)代理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981，12.

[5]朱松然.鉛蓄電池技術(shù)[M].2版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002，3.