李玉科，趙旭宏，韓艷霞，李磊

（河南豫光金鉛集團鉛鹽有限責任公司，河南 濟源 459000）

0 引言

管式大容量極板主要用于普通牽引型鉛酸蓄電池和煤礦用特殊牽引型鉛酸蓄電池。由于采用壓鑄工藝生產的板柵耐腐蝕性強，電池的循環(huán)耐久能力可以達到 1 000 多次。煤礦用戶通常要求在電池出廠時為干荷電狀態(tài)，以方便電池的運輸和儲存，因此電池需要采用熟極板，導致一些企業(yè)至今仍在采用極板外化成的工藝。相對于電池內化成工藝，極板外化成用時短，效率高。但是，與外化成工藝相伴的是采用焊接化成的一些弊端，例如：每次焊接鉛條都會產生鉛蒸汽，不僅污染空氣；每次更換鉛條都需要重新熔鑄澆注鉛條，造成材料成本增加；焊接后極板的板耳由于有焊接毛刺，需要全部打磨才可以流到下道工序，導致工序增加[1]?；诖?，筆者探討了對于牽引型管式大容量極板，采用不焊接化成來代替焊接式化成的工藝。

1 為什么大容量管式極板采用焊接化成？

不焊接化成在板式極板中已有應用。板式極板一般較?。ê穸?1～3 mm），單片容量較小，而且充電電流不大，所以其較早就采用了無焊接化成。但是，大容量管式極板由于容量大、極板厚（管式正極板厚度 9.0～10.5 mm，是板式極板的 2 倍多；對應負極板厚度 3.5～4.5 mm），需要很大的化成電流（可以達到幾十安甚至上百安）。這么大的電流需要極板和導電條之間有牢固和良好的連接，才能保證良好的化成效果。為了保險起見，多年來大家對管式大容量極板都是采用極板和導電條焊接方式。隨著無焊接化成的普及，情況也在發(fā)生著變化，管式極板也在嘗試不焊接化成工藝。

2 牽引型管式極板不焊接化成原理

管式結構的正極板和板式結構的負極板經過固化干燥后被置于配備好稀硫酸電解液的化成槽梳形板中。梳形板底部呈平行排列著帶有規(guī)則齒溝的鉛合金母線條。正、負極板靠自身重力實現(xiàn)板耳自然與母線條齒溝部位接觸連接，分別形成正、負極群。通入外部電流，利用電解原理使正、負極板發(fā)生氧化-還原反應，使正極板上的鉛膏物質發(fā)生氧化，生成 PbO2，使負極板的鉛膏物質發(fā)生還原反應，生成海綿狀鉛[2]。具體氧化還原反應化學方程式如下：

決定化成質量好壞的主要指標就是正極 PbO2含量以及負極 Pb 含量。

在不焊接化成過程中，由于整個極板只有板耳與導電條直接接觸，接觸的好壞直接影響接觸電阻的大小，從而影響到化成效果。因此，導電條的結構形式就顯得很重要。

3 不焊接工藝探討

3.1 導電條的結構形式

分別制作圖1 中 4 種形式的導電條。圖1a中，要求極板的板耳端面精確平行于導電條上表面，以便完全接觸。圖1b 中，導電條上有一個梯形頂部，極板板耳端面與梯形頂部端面接觸。圖1c中，導電條為梯形橫截面，其一邊與基線成 55°角。圖1d 中，板耳的外角與此斜面相接觸導電條上有一個倒立梯形的溝槽，板耳兩角與梯形溝槽的兩個斜壁相接觸，兩斜壁呈 36°角[3]。在保持化成工藝不變的情況下進行多次試驗，根據極板花白片率（通常將極板表面花白片視為極板化成不合格）判定極板化成的不合格率以此判斷導電條結構的對化成的影響。

圖1 導電條結構形式

從表1 可以看出，采用圖1d 所示的導電條結構形式時，極板的化成不合格率最低，使用效果最好，可以滿足正常的化成需要。當采用圖1d 中導電條形式時，極板能夠充分利用自重與導電條的特殊結構，將自身與導電條緊密接觸（見圖2），確保接觸良好，達到較理想的充電和化成效果，并且化成產生的殘留鉛膏也能順利流出溝槽。

表1 極板化成不合格率統(tǒng)計結果

圖2 極板與導電條接觸形式

3.2 導電條反復利用性

在初次使用導電條時，由于導電條的材質是鉛，導電條在化成過程的初期與硫酸電解液發(fā)生化學反應，在表面生成一層不溶于稀硫酸的導電性能極差的 PbSO4膜。在接通直流電源，開始化成后，發(fā)生氧化還原反應，負極導電條上生成 Pb，正極導電條上生成 PbO2。PbO2電阻也比較大，會導致正極導電條的導電性變差，下次使用時會影響極板的正常導電和化成效果。

如何減少 PbO2電阻大給下次化成帶來的影響，使導電條能夠反復利用，也是不焊接化成面臨的成本問題。根據電化學原理，擬進行反向充電來解決這一問題。即下一次化成時，將正極板插入上次用的負導電條，將負極板插入上次用的正導電條。像這樣，負導電條與化成電源正極連接，而正導電條與化成電源負極連接。正導電條（與充電機負極相連）發(fā)生如下電化學反應：

通電 2～3 h 后，正導電條的 PbO2層就可以轉換成導電性能良好的金屬 Pb，保證了化成的正常進行[4]。

3.3 導電條的使用周期

在整個化成程中，由于導電條長期浸于電解液中，位于化成槽底部，不易觀察到導電條上氧化層（即高阻率的 PbO2）的厚度。隨著使用時間延長，表面氧化層會不斷增厚，以至于隨著反充的進行，PbO2也轉換不過來，所以使用一段時間就必須更換導電條。為此，在保持工藝不變的情況下，分別試驗使用 1 個月、2 個月、3 個月的導電條，通過化驗正板活性物質 PbO2含量（主要考慮正極板的影響較大，正極板化成好了，負極板一定化成好），來尋找最佳的導電條更換周期[5]。由表2 可知，當導電條使用 3 個月時，正極板 PbO2含量明顯低于使用 2 個月時的含量。這表明導電條表面的氧化層厚度已經嚴重影響到化成的進行。而使用 1 個月和 2 個月時的化驗結果基本一致，PbO2含量沒有出現(xiàn)明顯的下降趨勢。本著節(jié)約成本和減少更換頻率的原則，選擇每 2 個月更換一次新的導電條。

表2 導電條更換周期與正極活性物質中 PbO2 含量

4 工藝驗證

通過以上 3 個方面的分析，確定了牽引型大容量管式極板不焊接化成的關鍵控制點，連續(xù)進行了 2 個月 5 個小批次試驗，用容量來驗證工藝可行性，并與以前的焊接化成工藝進行對比，均未發(fā)現(xiàn)異常。在進行第 5 批次試驗時，用兩種工藝同時各化成一列同型號極板，抽取其中極板各組裝 2 只D-560 電池，做工藝和容量驗。從表3 中試驗結果來看，不焊接化成蓄電池的容量合格，和以前的焊接工藝相比，沒有明顯差異及波動，說明新工藝比較穩(wěn)定、可控。

表2 電池容量試驗結果

5 結束語

總的來說，牽引型大容量管式極板采用不焊接化成是可行的。實踐中也初步總結了適合不焊接化成的極板厚度，如：正極板厚度不低于 9 mm，負極板厚度不低于 3.5 mm。小于這個尺寸時，一方面極板由于質量較輕，與下部的導電條接觸不良，另一方面牽引型大容量極板由于形狀細長，化成裝槽插入時易變形，影響化成。

需要說明的是，筆者僅僅是對管式正極板不焊接化成工藝中一個主要因素——導電條進行了具體的分析。不焊接化成還受到很多諸如反充電流、反充時間和化成時間等因素的影響。只有嚴格控制好這些影響因素，極板的化成質量才能得到有效控制。