陳躍武，王杜友

（天能電池集團有限公司，浙江 長興 313100）

0 引言

目前，鉛酸蓄電池極板生產(chǎn)工序有配料、和膏、涂膏、固化和干燥。鉛膏的均勻一致性和固化效果對極板最后在成品電池中的常規(guī)性能和循環(huán)壽命具有重要影響，因此對鉛膏和固化極板進行分析尤為重要。鉛酸蓄電池的鉛膏和極板中的各種物相，及其分布情況、對應(yīng)結(jié)構(gòu)，都是動態(tài)變化的。而且，實際生產(chǎn)中，應(yīng)不同訂單的要求，出貨量、交貨時間有差異，使得極板在轉(zhuǎn)序時間上存在不一致，從而導(dǎo)致在組裝電池，進行內(nèi)化成之前，極板中各組分的含量、極板硬度等表征性能存在差異。因此，對鉛膏和極板在不同擱置條件下的組分含量和表征變化進行研究很有必要。

1 實驗

為了研究在不同擱置條件下鉛膏和正生極板中主要物相的動態(tài)變化，以及正生極板的相應(yīng)硬度變化，實驗樣品選擇分為 2 個方向：

1.1 常規(guī)和膏和固化的鉛膏

1.1.1 一定環(huán)境不同擱置時間下的物相分析

選擇常規(guī)和膏后的鉛膏和固化后生極板的鉛膏，研磨成粉末，放置在恒溫 （25 ± 2）℃、濕度 （20 ± 5） % 條件下，記錄在不同放置時間下，X 射線衍射儀（DX2700）對物相分析的半定量結(jié)果。從表 1 和圖 1 的測試結(jié)果可以看出，在恒溫（25 ± 2）℃，濕度（20 ± 5） % 環(huán)境條件下，隨著鉛膏擱置時間延長，2 種鉛膏粉末中Pb3(CO3)2(OH)2的含量都處于緩慢上升的趨勢，到放置到第 8 天鉛膏中 Pb3(CO3)2(OH)2的含量基本趨于穩(wěn)定，但是鉛膏中對應(yīng)的 α-PbO 和 3BS 的含量均稍有下降。

表1 不同擱置時間下和膏后和固化后鉛膏粉末在相同環(huán)境條件下主要物相的含量 %

圖1 不同擱置時間下鉛膏中 Pb3(CO3)2(OH)2 含量變化

1.1.2 不同濕度條件下物相變化

表2 不同擱置時間下和膏后和固化后鉛膏粉末在調(diào)整濕度后物相的含量變化 %

在第 1.1.1 節(jié)基礎(chǔ)上，保持恒溫（25 ± 2）℃，調(diào)整濕度為（40 ± 5）%，然后繼續(xù)調(diào)整濕度為（65± 5）%，觀測各物相的含量變化。從圖 2 的 XRD譜圖和表 2 半定量分析結(jié)果可以看出：將濕度調(diào)整為（40 ± 5）% 后，Pb3(CO3)2(OH)2的含量在原來基礎(chǔ)上隨著擱置時間的延長，逐漸上升，峰型的相對強度相應(yīng)提高；另一種復(fù)鹽 Pb3(SO4)(CO3)2(OH)2的物相開始生成，并且其含量隨著擱置時間的延長呈逐漸上升趨勢，如圖 3 和表 3 所示。圖 4 顯示，提高濕度后，α-PbO 與 3BS 的含量一直處于下降趨勢。從反應(yīng)機理上說，Pb3(CO3)2(OH)2與Pb3(SO4)(CO3)2(OH)2的生成與 α-PbO 和 3BS 的轉(zhuǎn)化有關(guān)，濕度的提高對 2 種復(fù)鹽的生成起到催化的作用，因此 Pb3(CO3)2(OH)2含量接近 50 %，Pb3(SO4) (CO3)2(OH)2含量接近 20 %。

圖2 不同擱置時間下和膏后鉛膏粉末的 XRD 圖

圖3 提高濕度后鉛膏中碳酸復(fù)鹽含量隨放置時間的變化

圖4 提高濕度后鉛膏中 α-PbO 與 3BS 含量隨放置時間的變化

表3 不同的放置時間和濕度下正生板中復(fù)鹽含量和極板硬度

1.2 正生極板不同擱置條件下的復(fù)鹽及硬度變化

隨機選取剛固化不久的正生極板 7 片，在恒溫（25 ± 2）℃、濕度 （20 ± 5） % 條件下放置多天，測試不同放置時間下正生極板鉛膏中復(fù)鹽的含量和正生極板的硬度。表 3 顯示，在恒溫 （25 ±2）℃、濕度 （20 ± 5）% 的條件下，因為與空氣的接觸面積減少，且濕度較低，極板鉛膏的碳酸化程度比碾成粉末狀時低，相應(yīng)的硬度變化也不大。在極板放置的第 38 天，鉛膏中組分穩(wěn)定后，保持恒溫 （25 ± 2）℃，調(diào)整濕度至（65 ± 5） %。到第 42 天測試顯示，極板的整體硬度相對提高約10 %。從圖 5 可以看出，接觸空氣的正面相對于反面而言，碳酸化程度更高，硬度也相對更高。圖6 顯示，當(dāng) Pb3(CO3)2(OH)2和 Pb3(SO4) (CO3)2(OH)2的含量較高時，極板的硬度也相應(yīng)較高。

圖5 固化生極板正、反面的邵氏硬度隨放置時間的變化

圖6 固化極板碳酸鹽含量與硬度的關(guān)系

2 結(jié)束語

在極板固化前后，一定溫度和濕度條件下，空氣中 CO2與鉛膏中呈堿性的物相發(fā)生反應(yīng)，生成了新的物相，因此鉛膏發(fā)生了碳酸化反應(yīng)。從 XRD和硬度測試的數(shù)據(jù)可以判斷，鉛膏中物相含量和結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。在實際生產(chǎn)中，由于訂單要求存在的差異，出貨量、交貨時間就會不同，極板在轉(zhuǎn)序時間上也就會不一致，因而鉛膏的碳酸化程度不一致，使得硬度等表征性能就存在差異，而且新生的物相及其結(jié)構(gòu)也不穩(wěn)定，進而影響電池的性能。

[1]陳紅雨, 熊正林, 李中奇. 先進鉛酸蓄電池制造工藝[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2009.

[2]王杜友. VRLA 固化正生板不同擱置時間下物相變化分析[J]. 電動自行車, 2016(4): 47–48.

[3]盧國琦. 鉛酸蓄電池原理與制造[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1988.

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