固定型VRLA电池负极失效问题
混合动力车用VRLA蓄电池负极的失效机理及碳添加剂的作用(2)
混合动力车用VRLA蓄电池负极的失效机理及碳添加剂的作用(2)赵杰权;马宁;柳厚田【摘要】综述了常规阀控式铅酸(VKLA)蓄电池在混合动力车应用中,硫酸铅不断积累的特点及产生的机理.结合失效机理,论述了各类碳材料加入负极后,对电池性能改善作用方面的最新研发进展.不同种类的碳添加剂对抑制硫酸盐积累具有各自不同的作用,其复合添加剂的协同效应更能有效抑制负极硫酸铅的不断积累和延长电池循环寿命,是更有前途的添加剂.【期刊名称】《蓄电池》【年(卷),期】2011(049)002【总页数】9页(P51-59)【关键词】混合动力车(HEV);阀控式铅酸(VRLA)蓄电池;高倍率部分荷电态(HRPSoC);碳添加剂;碳的作用【作者】赵杰权;马宁;柳厚田【作者单位】香港一电实业(宜兴)有限公司,江苏,宜兴,214215;香港一电实业(宜兴)有限公司,江苏,宜兴,214215;复旦大学化学系,上海,200433【正文语种】中文【中图分类】TM912.4抑制负极中硫酸铅不断积累的方法主要有：①向负极中加入高含量的碳材料等添加剂。
②铅膏配方、装配工艺等的优化，包括电极制作条件、装配压力、电解液浓度优化和添加微量元素等。
③改进板栅设计，使电流分布更均匀。
④优化电池结构设计，如将单头卷绕式电池改为双头双极柱卷绕式电池、将常规电池结构改为平板式电池或双极性电池。
⑤使用高频脉冲技术对电极表面充电。
⑥高倍率充/放电保护系统，主要通过并联一个超级电容来实现。
⑦采用超级电池设计。
对于上述方法②，巴甫洛夫（Pavlov）等人[12]已报道，在HRPSoC循环时，可适当将硫酸钡的含量增加到约1%，同时应该不用或少用木素等有机膨胀剂。
木素的加入对电极反应存在阻化作用，会大大降低电池的循环寿命。
增加负极的孔率及酸含量，可能有助于延长电池的循环寿命，有报道说采用低密度正极板可延长电池的HRPSoC循环寿命。
方法③和④主要是优化结构，使充/放电电流密度分布更均匀，起降低电池极化的作用，也可延长电池循环寿命[2,17]。
铅酸蓄电池的失效机理
铅酸蓄电池的失效机理■＜阿城继电器股份有限公司郭洪亮关键词：蓄电池，失效机理，监控，容量，内阻概述：近年来，随着电力工业的发展和信息产业的发展，阀控式铅酸蓄电池（VRLA俗称免维护电池）的使用得到空前的普及，由于有关VRLA电池的使用知识普及不够，VRLA电池在使用过程中暴露出许多问题，这些问题严重影响VRLA电池的使用寿命，并进而影响到相关设备的运行安全，本文试图从电池的基本构造和原理出发，阐述有关电池使用的基本常识，希望本文能对VRLA电池的使用和推广产生积极的推动作用。
其失效主要有以下几方面原因。
一、电池失水铅酸蓄电池失水会导致电解液比重增高，导致电池正极栅板的腐蚀，使电池的活性物质减少，从而使电池的容量降低而失效。
铅酸蓄电池密封的难点就是充电时水的电解。
当充电达到一定电压时（一般在2.30V/单体以上）在蓄电池的正极上放出氧气，负极上放出氢气。
上方面释放气体带出酸腐污染环境，另一方面电解液中水份减少，必须隔一段时间进行补加水维护。
阀控式铅酸蓄电池就是为克服这些缺点而研制的产品，其产品特点为：（1）采用多元优质板栅合金，提高气体释放的过电位。
即普通蓄电池板栅合金在2.30V/单体（25ºC）以上时释放气体。
采用优质多元合金后，在2.35V/单体（25ºC）以上时释放气体，从而相对减少了气体释放量。
（2）让负极有多余的容量，即比正及多出10%的容量。
充电后期正极释放的氧气与负极接触，发生反应重新生成水，即O2+2Pb→2PbOPbO+H2SO4→H2O+PbSO4使负极由于氧气的作用处于充电状态，因而不产生氢气。
这种正极的氧气被负极铅吸收，再进一步化合成水的过程，即所谓阴极吸收。
（3）为了让正极释放的氧气尽快流通到负极，必须采用和普通铅酸电池所采用的微孔橡胶隔板不同的新超细玻璃纤维隔板。
其孔率由橡胶隔板的50%提高到90%以上，从而使氧气易于流通到负极，再化合成水。
另外，超细玻璃纤维板具有将硫酸电解液吸附的功能，因此使电池倾倒，也无电解液溢出。
VRLA蓄电池的失效模式研究
交流与探讨V R LA蓄电池的失效模式研究V R L A蓄电池的失效模式研究王吉校．(重庆通信学院王秋虹重庆400035)摘要：首先介绍了V R LA蓄电池的密封原理，而后系统地分析了V R L A蓄电池的各种失效模式的原因，并且针对产生V R L A蓄电池极板硫酸盐化、电池内部微短路、电池失水、正极板栅腐蚀和热失控的不同原因分别提出了相应的解决办法．文章最后详细分析了V R L A蓄电池的各种失效模式之间的关系。
关键词：V R L A蓄电池：失效模式：硫酸盐化中图分类号：T M912．4文献标识码：A文章编号：1006—0847(2008)02—0058—04St udy on t he f ai l ure m ode s of t he V R L A bat t er i esW A N G Ji-xi ao，W A N G Q i u-hong(C hongqi ng C om m uni cat i on I ns t hut e，C hongq i ng400035)A bs t r act：T hi s paper i nt roduc es t he s ea l i ng pri nc i pl e of V R L A be t t er y．A l l t he c a u s e s r e sul t i ng i n t he ba t t er y f a i l ur e ar e an al ys ed s yst e m a t i ca l l y and bas ed on t he di f f er e nt f ai l ur e m od es，s u ch a s pl at e s ul f at i on，m i cr o-s ho r t ci r c ui t i n c el l s，w a t er l O SS，posi t i ve sr i d c or rosi on and t her m al r un—a w ay，cor res pond i ng m eas ur es ar e pre se nt e d．In a ddi t i on，t he r el a t i ons hi p am ong t he f ai l ur e m od es of V R L A ba t t e r i e s iS di scus sed i n m or e det a i LK ey w o r ds：V R L A bat t er i es；f ai l u r e m ode；sul f a t i on1引言近年来V R LA蓄电池已经广泛应用于工业、农业、交通运输和国际等各个行业，特别是随着信息技术的迅猛发展，U PS电源的应用达到了前所未有的广度，据统计绝大部分的U PS电源都把V R LA蓄电池作为后备能量储存装置。
预防VRLA电池热失控的简易有效措施
．
１ 前 言
池 产生 热 失控 ，对此 文 献ｌ Ｉｌ ￣中有详 细 的论 述 。 电
池 内部 产生 的热量 主要是 由负极上 的氧复合反应 所
产生 的。在 浮充 电后 期 ，充电 电流几 乎全部 为氧复 合 电流 ，此时 充 电所 消耗 的电能几乎 全部转化 为氧 复合反应 所生成 的热量 。电池 散热不但 与 电池 的设 计 结构有 关 ，同时也 与电池所处 的室温 及通风条件
有很 大 的关系 。 ３ 预 防 ＶＲ Ａ电池 热失控 的简单有效措 施 Ｌ
栓 紧 固 （ 板 要夹 在 电池 极板 平 面对 应 的 电池 侧 铁
—
—
渊
面） ，使 电池 槽不 随 温度 而 膨胀 ，从 而使 电池 内部
的氧气通 道不 随温 度 的升高 而增加 ，使 电池 的氧 复 合 反应不 随 温度 的升高 而剧烈 增大 。另 一方 面 ，随
着 电池 温度 的升高 ，电池 的散 热速 度加 快 ，最后 电 池 散热速 度 与 电池 生热速 度平 衡 ，从 而 阻止 了电池
２ ＶＲ Ａ电池产 生热 失控的原 因 Ｌ
ＶＬ Ｒ Ａ电池充 电初 期 ，电池 内部温度 上升 ，恒 压充 电 电流增 大 ，至一定程 度时 ，电池槽材料 因高 温而软 化 ，再 在 内部极 群 的压 力下 ，电池槽 向外 膨 胀 ；膨胀 的 电池使 内部 氧气复 合通道增 加 ，从 而使 氧复合反 应增 大 ，使 电池温度进 一步升 高 ，温度 的
一
图 ３ － Ｆ 一 ６ 狭长型铁板夹紧电池 高温 ６ Ｇ Ｍ １５
VRLA蓄电池使用常见误区及成因分析
Байду номын сангаас
０ 引 言
阀控 式铅 酸 （ ＶＲＬ 蓄 电池 是一种 新 型铅 酸 蓄 电 Ａ） 池 。它 与传统 的排 气式 或 淹 没式 铅 酸 蓄 电 池相 比 ， 具
不需 要 维 护 。被 称 为 “ 维 护 ” 电 池 ， 际 上 是 对 免 蓄 实 ＶＲ Ａ蓄 电 池 的误 解 ， 是 对 用 户 的 一 种 误 导 。过 Ｌ 也 去 ， 多数用 户忽 视 了 ＶＲ Ａ 蓄 电池 的 维 护 ， 者不 大 Ｌ 或 了解如何 进行 维护 而放弃 了 ＶＲ Ａ 蓄 电池维 护 工作 ， Ｌ 导 致 ＶＲ Ａ 蓄 电池 早期故 障 的 出现 ， 电池 的 寿命 降 Ｌ 使 低， 甚至造 成 电池破 裂 、 炸 ， 爆 引起火 灾 。 ＶＲ Ａ 蓄 电 池 一 般 不 会 释 放 出氢 、 气 体 和 酸 Ｌ 氧 雾， 不需要 防 酸机房 和 特 殊 的通 风 ， 需 要定 期 加 水 、 不 测量 比重等 ， 但定 期 维 护 工 作是 必 不 可 少 的 。根据 国 际标 准 Ｉ Ｅ １ ８ 定 ， Ｅ Ｅ ８规 １ 固定 型 ＶＲＬ 蓄电池 必要 的 Ａ 定期 维护应 包括 每月 维护 、 季度 维护 、 半年 维护 和年度 维护 等主要 内容 。例 如每 月维 护 中就 有如下 内容 ： （ ） 观检查 ： 括蓄 电池正 负极 端子是 否损坏 和 １直 包 发热 ， 电池 盖 和 壳 子 是 否 损 坏 ， 电池 是 否 温 度 过 蓄 蓄
通 传 电 潦 技 】 ． ． ：
２１ 年 ９ ２ ００ 月 ５日第 ２ ７卷第 ５ 期
阀控密封铅酸蓄电池(VRLA)的失效模式及采取的有效措施
Ｈ ｒ ｉ ，Ｈ ｉ ｎｊ ｎ ， ５ ｏｏ ａｂ ｎ ｅ ｏ ｇｉ ｇ １ｏ ８ ） ｌ ａ
Ａｂ ｌａ ｔ Ｔ ｅ ｂ ｓｃ ｇ ｎ ｒｌｋ ｏ ｌｄ ｅ ａ ｏ ｔｔｅ ａ ｐ ｉａｉｎ ｏ ｅ Ｖ Ｌ ｔｒｇ ａ ｔｒ ｓｐ ｅ ｅ ｔｄ ｉ ｓ ｃ ： ｈ ａ ｉ ｅ ｅａ ｎ ｗ ｅ ｇ ｂ ｕ ｐ ｌ ｔ ｆｔ Ｒ Ａ ｓ ａ ｅ ｂ ｔ ｙ ｉ ｒ ｓｎ ｅ ｎ ｒ ｈ ｃ ｏ ｈ ｏ ｅ
的失效模式主要有板栅 的腐蚀 与增长 、 电解液干
涸 、 硫 酸 盐 化 、 期 容 量 损 失 （ Ｃ ） 热 失 控 负极 早极 附近酸度增高 ， 板栅 腐蚀加速 ， 极板活性物质变少 ， 正极板孔 隙率增
高 ， 电池 使用 不 当 ， 期 处 于过 充 电状 态 ， 快 如 长 很 这些 电池 的容 量 会 降 低 ， 后 失效 。正极 板栅 在 最
Ｔｈ ｎ ａ ｉ ａ ｉ ｎ Ｍ ｏ ｅ ｎ ｆｅ ｔｖ ｅ ｓ ｒ ｓ ｏ ｈ ｅ ｌ ｄ ｅ Ｉ ｖ ｌ ｔｏ ｄ ｄ ｓ ａ ｄ Ｅｆ ｃ ｉ ｅ Ｍ ａ ｕ ｅ ｆｔ ｅ Ｓ ａ ｅ Ｖａ ｖ ｇ ｌ ｔ ｄ Ｌｅ ｄ Ａｃ ｄ Ｓ ａ ｉ ｎ ｒ ｔ ｒ ｇ ｔｅ ｙ ｌ ｅ Ｒｅ ｕ ａ ｅ ａ ｉ ｔ ｔ ａ ｙ Ｓ ｏ ａ ｅ Ｂａ ｔ ｒ ｏ
维普资讯
２０ ０７年第 ４期 （ 总第 １２ ） １期
应 用能 源技 术
４ ５
阀控密封铅 酸蓄 电池 （ Ｒ Ａ 的失效模式 ＶＬ） 及 采取的有效措 施
VRLA蓄电池早期失效分析及对策
摘 要 ： Ｌ 蓄 电 池 由 于其 “ 维 护 ” 能 、 便 以及 易 于安 装 等 优 点 ， 以 在 电力 、 讯 系统 中被 广 泛 应 用 。 ＶＲ Ａ 免 性 轻 得 通 然 ＮＶＲ Ａ 蓄 电 池 在使 用 ５ ６年 以后 ， 电 池 性 能 开 始 变坏 甚 至 失效 。 析 了ＶＲ Ａ 蓄 电 池早 期 ห้องสมุดไป่ตู้ 效 的 特 点 、 Ｌ ～ 蓄 分 Ｌ 原 因 ， 提 出 了预 防 ＶＲ Ａ 蓄 电池 早 期 失 效 的措 施 。 并 Ｌ 关 键 词 ： Ｌ 蓄 电 池 ； 期 失效 ； 点 ； 防措 施 。 ＶＲ Ａ 早 特 预 中图 分 类 号 ： ＴＭ９ ２ １ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ３９ ７ （０ ７ 增 刊 １０ ５— ４ １ ０— １ １２ ０ ） －０ ６０
负极板 …
积 安装使 用是 从 ８ Ｏ年代 末 开始 的 。 期安 装 的 电 初
池 主要 为 进 口产 品 ， 入 ９ 进 Ｏ年代 末 ， 国产 电池 在
１ ２ ＶＲ Ａ 蓄 电池早 期失 效 的特征 ． Ｌ
ＶＲＬ 蓄 电池 失 效是 指 在使 用 过 程 中 ， 年 Ａ 几 甚 至 不 到 １年 的时 间 内其 容 量 就 低 于 额 定 值 的
１ ＶＲ Ａ 蓄 电池 的 早 期 失 效 Ｌ
１ １ ＶＲ Ａ蓄 电池 的工 作特 点 ． Ｌ
ＶＲ Ａ 蓄 电池 是 铅 酸 蓄 电 池 ， 充 电 时 ， Ｌ 在 正 极 由硫 酸铅 （ ｂ ０ ） Ｐ Ｓ 转化 为 二氧化 铅 （ ｂ ） 将 Ｐ Ｏ：后 电能 转 化 为 化 学 能 储 存 在 正 极 板 中； 极 由 负 Ｐ Ｓ 转 化 为 海 绵 状 铅 （ 绵 状 Ｐ ） 将 电能 转 ｂＯ 海 ｂ后 化 为 化学 能 储 存 在 负极 板 中。在放 电时 ， 极 由 正
VRLA电池的最新进展
阀控式铅酸蓄电池的最新进展一VRLA电池的两类技术目前VRLA电池有两大类型，一类是采用AGM技术的电池，另一类是采用gel（胶体）技术的电池，对这两类电池的优缺点，评价各异，从发展速度来看，AGM技术发展较快，在市场上使用的以AGM电池为主导，胶体电池曾一度有较高的呼声，特别是前几年AGM电池的使用寿命出现较多问题时，说明胶体电池也有优点。
1.1 AGM技术该技术的核心是用超细玻璃棉隔板吸收电解液，使电解液不流动，AGM隔板具有93％以上的空隙率，不能100％的吸饱电解液，留有5～10％的空隙作氧气的复合通道，使正极充电后其析出的氧气能到负极符合，实现H2O－O2－H2O的循环，使电池得以密封。
AGM电池的优点是：内阻小、大电流放电性能好（1小时率放电容量达到10小时率的55％～60％）。
缺点是：贫液式，如果失水易于干枯，如果制造过程控制不严，易于出现浮充电压不均衡现象。
1.2 Gel技术Gel技术的VRLA电池使用历史早于AGM电池，它是采用具有触变性的SiO2胶体吸收电解液。
以胶体的微裂纹作为O2气的复合通道，实现氧循环。
优点是：富液、胶体对正极活性物的支撑使正极PbO2不易膨胀，寿命略高于AGM。
高型胶体电池竖放电解液不分层。
缺点是：内阻大、使用初期胶体没有形成大量裂纹，氧气复合效率低，因此有酸雾逸出。
二、VRLA电池的可靠性VRLA电池和任何一种发展中的技术一样，遇到了可靠性的问题，主要是VRLA电池对温度和充电的敏感性，早期容量损失问题，导致前几年有报告认为VRLA电池仅有两年的可靠性。
引起VRLA电池早期失效的原因首先是对工作温度的敏感。
以年平均10℃为限定工作温度，电信用电池组有许多超过10℃温度范围，超出10℃工作温度范围电信用电池组78％的不足5a第一只电池失效，调查结果表明，在宽的温度下运行，（特别是年平均超出10℃）VRLA电池的寿命缩短。
过充电导致电池干凅是VRLA电池早期失效的另一个重要原因，调查表明，为了防止电池干凅设置VRLA电池的浮充电压应低于2.26V/单体电池。
混合动力车用VRLA蓄电池负极的失效机理及碳添加剂的作用1
眵嗽蝴Ｉ竺坐！！！坠呈垒！竺竺ｌ由图２可知，随着测试单元的增加，不可逆硫酸铅不断增加。
对比５０％和１００％荷电态的结果可以发现，在测试前和第一个测试单元结束后，产生的硫酸铅中约５０％还可以还原为金属铅。
在第２和第３个测试单元结束并进行全充电后，仍保持高含量的硫酸铅，放电后负极的硫酸铅中８０％以上不能转化，基本都是惰性硫酸铅。
和正常的ＨＥＶ应用相比，２Ｃ电流也是相当低的，这也有效地证实了铅酸蓄池负极板性能的退化过程１１２１。
进一步研究负极发生快速退化的原因和高倍率充／放电所形成的惰性硫酸铅的特点及其分布是非常重要的。
２．２负极硫酸铅积累的特点２．２．１惰性硫酸铅的电极极化测试分析１６１为了跟踪硫酸铅的积累对电池性能的影响，采用负极含膨胀石墨１．５％的卷绕式电池，用镉电极监测正负极在ＰＳｏＣ循环时的电极电位，在不同循环次数时，正，负极的电位以及蓄电池电压变化如图３所示。
由图３可知，在５００００次循环时，负极的极化相对较低，而随着循环的进行，极化增加。
在１５００００次循环时，负极的极化非常严重。
负极的最大极化出现在ｌＣ（Ａ）充电的末期，同时，正极的极化在循环过程中变化不大。
对不同循环次数的极回戮。
峨曼斟闷（ｃ）１５００００次循环图３采用镉参比电极测量正／负极的电极电位及蓄电池的电压分布情况板进行化验分析，表明电极内硫酸铅含量不断增加。
在经历了５００００、１０００００和１５０、０００次ＨＲＰ—ＳｏＣ循环后，极板内的硫酸铅含量分别为１５％、２３％和３５％。
此试验中，负极加入了石墨，石墨能够延长蓄电池循环寿命，但不会影响试验的结果，常规电极的极化特征完伞相似。
２．２．２惰性硫酸铅分布的电子探针微区分析ｌ碉对常规方形高功率ＶＲＬＡ电池，在ＨＲＰＳｏＣ下循环测试失效后，对放电的负极板和充分充电的负极板采用环氧固定，截取截面进行电子探针微区分析（ＥＰＭＡ），其结果如图４所示。
图４在放电态和充电态时，失效电池负极板中硫酸铅的分布图由图４可知，在极板处于放电状态时，硫酸铅基本都存在于电极表面，在电极内部的很少。
混合动力车用VRLA蓄电池负极的失效机理及碳添加剂的作用(1)
ｂ ｔ ｒ ｓ ｏ ｙ ｒ ｌ ｔｃｖｈｃ ｓ Ｈ Ｖ ． ａ ｗ ｉ ，ｈ ｔ ｔ ＆Ｄ ｐｏｅｓ Ｓ ｌ ｔ ｄ ｃｄｏ ｅ ａｔ ｉ ｒ ｂｉ ｅ ｃｒ ｅ ｉ ｅ Ｅ ）Ｍｅｎ ｈ ｅ ｔｅ ａｅ ｅｅ ｆ ｈ ｄ ｅ ｉ ｌ ｆ ｌ ｌ ｓ Ｒ ｒｃｓ ｉ ａｓ ｉ ｒ ｕ ｅ ｎｔ ｏ ｎ ｏ ｈ
ｉ ｈ ｂ ｔ ｎ ｏ ｕｌ ｔ ｎ ａ ｄ ｔ ｕｓｔ ｅ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔｏ ａｔｒ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｔ ｒ ｕ ｈ ａ ｄｔｏ ｆｖ ｒｏ ｓｃ ｒ ｏ ｎ ｉ ｉｉ ｆｓ ｆ ｉ ｎ ｈ ｈ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｆｂ ｔｅ ｙｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｈ ｏ ｇ ｄ ｉ ｎ ｏ ａ ｉｕ ａ ｂ ｎ ｏ ａｏ ｉ ｍａｅ ｉｌ ｏ ｎ ｇ ｔｖ ｌｔ ｓ ｔｒａｓｔ ｅ ａｉｅ ｐ ａｅ ．Ｃａ ｂ ｎ ｍａ ｅ ｉｌ，ｓ ｃ ｓ ｃ ｒ ｎ ｂ ａ ｋ ｃ ｉｅ ｃ ｒ ｏ ｎ ｒ ｐｈｔ ｏ ｅ ｒ ｏ ｔｒａ ｓ ｕ ｈ ａ ａ ｂｏ ｌｃ ，ａ ｔｖ ａ ｂ ｎ ａ ｄ ｇ ａ ｉ ｐ ｗｄ ｒ ｅ
ｅ ｔｎｄｔ ｅｃ ｃ ｉｇ ｌ ｅｏ ｘｅ ｈ ｙ ｌ ｉ ｆＶＲＬ ｂ ｔｅ ｉｓｆ ｒＨＥＶ． ｎ ｆ Ａ ａｔｒｅ ｏ
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｙ ｒ ｅｔｃｖｈｃ （ Ｅ ） ａ ｅ ｒｇｌｔ ａ － ｃｄＶ Ｌ ） ａ ｅｉ ；ｈｇ ｔ ｐｒａ ｙｗ ｒ ｓ ｈｂ ｄｅ ｃ ｉ ｅ ｉ ｅＨ Ｖ ；ｖｌ —ｅｕａｅ ｌ ｄ ａｉ（ Ｒ Ａ ｂｔ ｒ ｓ ｉ ｒ ｅ ａｔ ｌ ｉ ｌ ｒ ｌ ｖ ｄｅ ｔ ｅ ｈ ａ ｉ
理 。结合 失效机 理 ，论述 了各 类碳材料 加入 负极 后 ，对蓄 电池性 能 改善作 用方 面的新 研发 进展 。 不 同种 类的碳 添加 剂 对抑 制硫 酸盐 积 累具有 各 自不 同的 作 用 ，其 复 合 添加 剂 的协 同效 应 更能有
浅谈对VRLA蓄电池的认识
浅谈对VRLA蓄电池的认识对于VRLA(阀控式密封铅酸)电池的使用寿命，现在许多厂家都保证小型电池3年以上，中型5年以上，大型10年以上。
但在VRLA电池的生产初期，电池失效的投诉曾经影响了VRLA电池的使用，ALABC经过近6年的努力，终于找到引起VRLA电池失效的原因。
以前的VRLA电池，其放电循环寿命只有50-75次，很少的产品能超过250次放电循环。
现在随着新的设计和充电原则的采用，VRLA电池的循环寿命已经超过300次，特殊的设计已超过800次循环寿命。
2 早期容量损失(PCL)VRLA电池的主要问题是未达到预期的寿命，容量就达不到要求。
三种PCL 现象称为PCL—1，PCL—2，PCL—3。
PCL—1是关于正极板的活性物质和板栅界面的问题，PCL—2是在循环使用或浮充使用中正极板的活性物质膨胀和降级，P CL—3是在完全充电状态下，负极板的再充电能力问题。
(1)PCL—1：接触问题在10～50次循环中，容量突然损失，电池性能下降，这种情况被称为“无Sb效应”。
PCL—1是由于不良导电层引起的，这种不良导电层具有高的电阻，局限了活性物质的放电。
在Pb—Ca合金中加入Sn能显著地改善正板栅的腐蚀电阻，当Sn的加入量为1．5％时，极化电阻最低。
Sn的作用机理是在板栅的次边界上偏析以及被氧化成SnO：，深入PbO：中的SnO2不发生化学反应，从而为PbSO2充电时提供导电途径。
大量增加Sn的含量不仅使成本上升，板栅的抗腐能力增加，也会使板栅在涂板、固化和化成时造成结合力下降。
(2)PCL—2：活性物质的影响PCL—2是由于活性物质之间的接触恶化，电阻增加而导致容量损失，在循环中，正极板活性物质膨胀，放电越深、越快，活性物质膨胀越快，容量损失越快，随着高倍率的放电和大量的过充电，使这种现象变得更严重。
(3)PCL—3：负极影响PCL—3是由于负极缺少再充电，其底部1／3的地方硫酸盐化，从而导致容量损失。
船用VRLA电池的失效分析与维护
船用VRLA电池的失效分析与维护摘要：由于航区变化、机舱温度高、摇晃、震动等因素，船用vrla电池的使用寿命远低于设计寿命。
通过研究和实践发现，正确的维护和使用可以大大延长其寿命。
结合vrla电池的工作原理和失效分析，提出船员在日常维护和使用中常被忽视但却至关重要的几个方面。
关键词：热失控阶段充电维护寿命中图分类号：tm912 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）007-026-02蓄电池在船舶上有极其重要的应用，包括作为无线电的备用电源、应急柴油机的启动电源、为低压设备及灯光信号设备供电等。
由于阀控式铅酸蓄电池（vrla电池）体积小、重量轻、自放电少、维修工作少、寿命长等优点，发明后得到各船东的亲睞，并很快取代了传统的防酸隔爆式蓄电池。
然而在实际使用过程中发现，由于船舶环境特殊和使用方法等因素，其寿命明显小于设计寿命。
本文从vrla电池的工作原理出发，分析其失效机理并提出日常使用与维护中应该注意的问题，以期最大限度地延长vrla电池的使用寿命。
1 vrla电池的组成和工作原理vrla电池主要由极板、隔板、电解液、安全阀等元件组成。
正极板栅架采用铅钙合金或底锑合金以减小腐蚀；负极板栅架用铅钙合金，可以提高析氢电位；隔板采用超细的玻璃纤维，可以防止活性物质脱落及短路；安全阀有防止水分散失的作用。
与防酸隔爆式电池相似，它的充放电化学反应方程式是充电生成的pbso4会沉淀在负极上，放电时负极生成海绵状的铅，正极生成pbo2。
在充电接近终了时，会有水被电解，此时电池内部即会产生气泡。
vrla电池负极的pbso4含量比正极的多，在充电时，正极的pbso4全部转化为pbo2之后才始产生o2，此时负极仍然可以生成铅。
它采用的贫液紧装技术可以使正极产生的o2很容易到达负极，与pb反应生成pbo2，并进一步与h2so4反应，生成pbso4。
因此，理论上负极的pbso4永远不会消耗完，也不会产生h2，但实际上，由于受到环境温度、充放电不当等因素的影响，达不到这种理想化的状态。
负极故障排查与修复方法
负极故障排查与修复方法在电气设备的运行过程中，负极故障是常见的问题之一。
负极故障的发生不仅会影响设备的正常工作，还可能对设备安全造成潜在风险。
因此，及早发现和解决负极故障是非常重要的。
本文将介绍一些常见的负极故障排查和修复方法，帮助读者更好地解决类似问题。
一、故障现象描述在进行负极故障排查和修复之前，首先需要清楚地描述故障现象。
这有助于准确定位故障并快速找到解决方案。
例如，可能出现负极电流异常、电池续航能力下降等故障现象。
二、外观检查进行外观检查是负极故障排查的常用方法之一。
通过仔细观察设备的外观，我们可以寻找可能存在的损坏或异常情况。
例如，检查电池外壳是否有变形、破裂或渗漏等情况，以及电池接触部分是否有异常。
三、电压测试电压测试可以帮助我们判断负极故障的原因所在。
通过使用合适的电压表或测试仪器，我们可以测量出负极电压的实际数值。
如果实际数值与理论数值相差过大，那么可能存在负极故障。
此时可以进一步排查导致电压异常的原因，如电池内部损坏、连接线路松动等。
四、内阻测试内阻测试是负极故障排查的关键步骤之一。
通过测量电池的内阻数值，我们可以初步判断负极故障的程度。
内阻测试需要使用专业的测试设备进行，确保测试结果准确可靠。
如果内阻数值超过正常范围，那么需要进一步检查电池的负极部分是否存在短路、接触不良等问题。
五、清洁与维护在排查和修复负极故障时，定期的清洁与维护工作是必不可少的。
通过定期清洁电池接触部分，可以避免因灰尘、氧化等问题导致的负极故障。
同时，定期维护电池也可以延长其使用寿命并提高设备的稳定性。
六、更换负极部件如果经过上述步骤排查后仍未解决负极故障，那么可能需要考虑更换负极部件。
负极部件的更换需要具备一定的专业知识和技能，建议交由专业人士进行操作。
在更换负极部件时，务必选用适配的原厂配件，以确保设备的正常运行。
七、故障记录与分析在解决负极故障后，应及时记录相关信息，并进行故障分析。
通过对故障记录的分析，我们可以总结经验教训，提高对类似故障的识别和处理能力。
后备VRLA电池运行中的问题及监测解决方案
后备VRLA电池运行中的问题及监测解决方案
1 铅酸蓄电池在后备电源运行中的问题以及产生的原因
随着蓄电池的广泛应用，特别是备用电源中的应用，由于VRLA蓄电池的
运行要求比较严格，电池在偏离了正确的使用条件下运行会影响电池使用寿命，甚至造成严重的后果，因此，铅酸蓄电池的监测十分重要。
采用备用电
池的场所一般都是非常重要的部门，容量下降到一定程度电池组就起不到电
源备份的作用，一旦主电源发生故障，就可能造成系统停机，导致巨大的损失，及时发现电池容量下降并处理电池失效，对于VRLAB用户是十分重要的。
我们所研究的蓄电池是作为后备电源使用的，平时处于充电状态，与充电
装置的输出相联，一旦市电中断，蓄电池立即开始放电。
与深度循环放电的
蓄电池相比，由于后备电池长期处于浮充状态，即使偶然放电，因放电深度
较小（与市电中断时间有关），因此很难获得蓄电池的准确保有容量。
而在电池运行过程中（在线测量）检测蓄电池的劣化程度（SOH-State of health）是用户最为关心的问题，也是后备蓄电池使用中的最大难题之一。
目前后备电源中蓄电池运行中存在的隐患：
1）蓄电池寿命无法达到设计要求
目前我们使用的蓄电池都存在这样的问题：在蓄电池安装时，蓄电池的厂
家都称阀控铅酸蓄电池在浮充下的使用寿命可以达到10年以上，但在实际中，蓄电池往往在三年时就出现严重劣化，使用超过5年的蓄电池更是少之又少。
这其中存在两个方面的问题，其一，在使用中对于蓄电池的管理以及维护，
没有有效、合理地进行，造成蓄电池在早期就出现劣化，并且因为没有及时。
浅谈VRLA蓄电池的使用寿命与失效原因 张炽烽
浅谈VRLA蓄电池的使用寿命与失效原因张炽烽摘要：在供水计量电磁流量计及远传端站的后备电源系统中，广泛使用了VRLA蓄电池。
本文根据蓄电池使用情况的数据，对蓄电池使用寿命和内阻进行了统计分析，用蓄电池活化仪对故障蓄电池进行了抽样活化与测试，探讨了蓄电池的失效原因，并对蓄电池的使用与维护提出了改进建议。
关键词：VRLA蓄电池；使用寿命；内阻；失效原因为确保供水计量电磁流量计及远传端站不间断稳定运行，需为其配备后备电源系统。
后备电源系统采用了阀控密封铅酸蓄电池（简称VRLA蓄电池）。
由于蓄电池的自然老化以及各种原因导致内阻增大，容量减小，备用时间缩短，每隔一定年限就要更换一次蓄电池。
在多年的维护工作中，积累了大量蓄电池使用寿命和内阻的测量数据，通过对数据的分析，可以发现一些规律，为制定蓄电池的更换和维护计划提供参考依据。
同时，对故障蓄电池的活化和测试有助于归纳出蓄电池的失效原因并制定有效的改进措施。
1、阀控密封铅酸蓄电池的性能特点电池内的电解液全部被极板和超细玻璃纤维隔板吸附，电池内部无自由流动的电解液，在正常使用情况下无电解液漏出。
正常使用时保持气密和液密状态，当内部气压超过预定值时，安全阀自动开启，释放气体，当内部气压降低后安全阀自动闭合，使蓄电池密封，同时防止外部空气进入蓄电池内部。
蓄电池使用期间不需加酸、加水维护，电池为密封结构。
2、后备电源系统情况简介目前流量计及远传端站的后备电源有三种配置方式：（1）交流220V供电的流量计，配备UPS和3节串联的100Ah蓄电池组作为后备电源系统。
UPS对蓄电池组的浮充电压约为42V。
（2）直流24V供电的流量计，配备开关电源和2节串联的38Ah蓄电池组作为后备电源系统。
开关电源对蓄电池组的浮充电压约为27V。
（3）每台流量计均配备远传端站，端站采用开关电源和1节24Ah蓄电池作为后备电源系统。
开关电源对蓄电池的浮充电压约为13.6V。
3、蓄电池使用情况基于日常使用和维护情况的总结，正常情况下，蓄电池的使用寿命24Ah可达9年，38Ah蓄电池组可达6年，100Ah蓄电池组可达5年。
VRLA蓄电池常见故障及其诊断处理方法
VRLA蓄电池常见故障及其诊断处理方法王秋虹;任开春;刘凡;吴钊铭【摘要】贫液式VRLA蓄电池的常见故障有硫化、失水、短路、正极板栅严重腐蚀、热失控和早期容量损失(PCL)等,由于这些故障有伴生现象,给故障的诊断带来难度.文中将故障诊断与故障处理相结合,根据故障电池充放电过程中出现的现象,判断出不可修复的短路和正极板栅严重腐蚀故障和可修复的PCL、硫化和失水故障,并结合实例介绍故障修复的方法.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2014(031)006【总页数】3页(P101-103)【关键词】阀控密封铅酸电池;硫化;失水;反复充放电【作者】王秋虹;任开春;刘凡;吴钊铭【作者单位】重庆通信学院,重庆400035;重庆通信学院,重庆400035;重庆通信学院,重庆400035;重庆通信学院,重庆400035【正文语种】中文【中图分类】TM9121 概述贫液式阀控密封铅蓄电池（VRLAB）采用超细玻璃纤维隔膜、贫电解液、紧装配方式和单向排气阀等特殊结构，在维护过程中无法给电池补水和观察电解液的液面和密度的变化，这一方面决定了VRLAB对环境温度、浮充电压的调节等使用条件和维护工作的要求更高［1］，且故障的类型也更多；另一方面，给这类电池的故障诊断和修复带来难度。
VRLAB的故障种类多，有些是可以修复的，但可能因充不进电被误以为无法修复，因此造成不必要的损失。
本文将结合实例，对VRLAB常见故障的形成原因、诊断处理方法进行介绍。
2 常见故障及原因VRLAB常见的故障有硫化、失水、短路、正极板栅腐蚀、热失控和早期容量损失（PCL）等，其中失水、热失控和PCL是普通富液式铅蓄电池所没有的故障。
因此，VRLAB发生上述故障的原因除了使用维护不当之外，还与其结构［2］有关。
表1列出了引起VRLAB常见故障的原因［3］。
由表1可见，VRLAB的故障存在伴生现象，这是因为：①短路和失水电池的缺水，部分活性物质因无法完成充电反应而长期处于放完电的状态，致使极板发生硫化；②硫化电池在充电电压超过2．3 V时，负极不仅会析氢，而且对氧气的复合能力下降，失水就因此而产生；③短路电池充电时，其温度较高会引起电池失水；④正极板栅腐蚀发生时有水参与反应，会引起电解液中水的减少；⑤热失控是指电池在恒压充电时发生了电池温度和电流之间的相互增长作用，如果长时间失控会引起正极板栅腐蚀和失水，甚至生成铅枝晶引起电池微短路；⑥VRLAB的结构特点导致其热容量小和散热不良，如果发生失水，其散热能力下降更容易引起热失控。
VRLA蓄电池的可靠性和早期故障 (2)
2 VRLA蓄电池的可靠性和早期故障2.1 VRLA蓄电池的寿命VRLA蓄电池的设计寿命和工作寿命对其可靠性影响很大。
设计寿命是厂家设计的电池寿命目标。
工作寿命是蓄电池安装后运行直到其实际容量下降到额定容量的80％的时间间隔。
工作寿命一般都低于设计寿命。
实际上,工作寿命可能比设计寿命低50％。
在最坏的环境温度条件下，工作寿命可能只有设计寿命2O％。
适当维护V R L A 蓄电池的工作寿命可达到设计寿命的70-80％，在实际运行中这几乎是最好的情况。
主要原因是VRLA蓄电池常常出现早期故障，大大降低了工作寿命。
大多数VRLA蓄电池出现早期故障和寿命缩短的原因都与下列情况有关：工作温度高、过度充放电循环、不适当的浮充电、安装方面的问题等等。
2 .2 工作温度高VRLA蓄电池的性能、寿命和厂家推荐的充电电压等都是按25℃设计的。
工作温度对VRL A蓄电池的寿命和性能会产生很大的影响。
图1示出在以2．23v／只的电压下浮充时，不同温度的浮充电流。
随着工作温度的升高，在恒定浮充电压下浮充的VRLA蓄电池所接受的浮充电流会增加。
浮充电流的增大使板栅的腐蚀率和气体产生率大大增加，因而降低了蓄电池的寿命。
在实际应用中，VRLA 蓄电池不能达到其设计寿命的最常见的原因就是工作温度高。
图2说明了较高的工作温度对VRLA蓄电池的影响。
图中可以看出，工作在25℃的V R L A蓄电池的实际寿命等于设计寿命(寿命系数为100％) 。
随着工作温度的升高，VRLA蓄电池的寿命将会下降。
每升高10℃，其浮充电流约增加一倍，其寿命将减少5O％。
2.3 过度充放电循环蓄电池的充放电循环是指蓄电池放电后进行再充电的全过程。
每次循环中，正极板上的PbO2都会变为PbSO 4然后再变回来。
因为PbSO4的体积比PbO2大，充放电循环就会使涂膏膨胀然后收缩，涂膏就受到压力而松动，脱落。
这说明深度放电对蓄电池的损害更大。
而且，充放电循环会加速板栅结构的腐蚀，缩短蓄电池的寿命。
过放电对VRLA电池性能的影响
过放电对VRLA电池性能的影响过放电是指蓄电池在深放电时超过了规定的终止电压后仍继续放电的一种使用状态。
经常处于这种使用状态下的铅蓄电池，不论是富液式还是贫液式，负极都会出现硫酸盐化而使电池失效。
在VRLA电池中负极的硫酸盐化的几率大于一般铅蓄电池[1]。
此外，以Pb-Ca合金为板栅材料，采用AGM隔板和氧复合技术的VRLA电池是贫液式设计，硫酸电解液的量往往起到了限制容量的作用。
在过放电过程中，当电解液中的H2SO4因参与放电反应而被耗尽时，在电解液几乎呈中性甚至弱碱性的环境中，作为放电产物的PbSO4的溶解度却大大增加。
有数据表明：一旦H2SO4被耗尽，当电解液呈中性时，Pb2+浓度会骤然升高2个数量级，这时隔板中电解液内所含游离Pb2+的含量会增加100倍[2]。
通常在这种情况下，隔膜内极易形成铅枝晶（铅绒）短路并导致电池失效。
其机理为：伴随充电反应的发生，硫酸浓度将升高，PbSO4在隔膜内的孔隙中析出，被还原成Pb或氧化成PbO2后引起渗透短路。
值得一提的是，长期处于过放电放置的VRLA电池的正极板栅还可能出现异常腐蚀，在较短的时间内，板栅会全部腐蚀烂完。
另一方面，过放电使电解液内阻增大，使得电池在过放电的初期发热。
而且在过放电过程中，正极活性物质的膨胀明显，严重时将造成电池不可逆的“鼓肚子”现象[3]。
电池过放电的发生与用户的使用方法是密切相关的。
事实上，过放电表征了铅蓄电池被滥用时的一种耐受能力。
由于VRLA电池被过放电使用的情况总是存在的，因此，改进和提高该类电池过放电性能是非常必要的。
一般来说，铅蓄电池的过放电性能大致包括了两种情况：(1). 电池反复进行过放电的耐久能力；(2). 电池过放电放置后的再充电接受能力。
长期以来，国内外就硫酸电解液中加入某些添加剂后对铅蓄电池性能的影响进行了大量的研究。
由于电解液添加剂的使用，具有不改变电池工业生产过程、附加成本低、效果好、便于推广等优点，因此，选择合适的电解液添加剂已成为改善铅蓄电池性能的主要途径之一[4]。
VRLA电池循环失效的主要因素
VRLA电池循环失效的主要因素
包有富
【期刊名称】《电池》
【年(卷),期】2006(036)003
【摘要】对不同批次2 V、200 Ah(C10=200Ah)的VRLA电池单只和3只串联分别进行100%DOD循环实验.导致整组串联电池循环寿命提前结束的原因,主要是电池容量的均一性问题,落后的电池影响了循环寿命.对循环失效的电池进行解剖研究,发现造成电池失效的主要原因是正极活性物质的软化和脱落.
【总页数】2页(P216-217)
【作者】包有富
【作者单位】浙江南都电源动力股份有限公司,浙江,杭州,310013
【正文语种】中文
【中图分类】TM912.1
【相关文献】
1.VRLA电池高倍率循环失效机理 [J], 严军华;詹庆元;吕东生;李伟善
2.电动自行车VRLA电池失效的非制造原因 [J], 张娟;柳颖
3.电动自行车用VRLA电池失效分析和改进建议 [J], 郭自强
4.VRLA电池失效模式的改善 [J], 张芬
5.VRLA电池失效机理及在线延寿技术 [J], 杜旭浩;李秉宇;苗俊杰;贾伯岩
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作者简介:孙玉生(1973-),男,河南新乡人,八达电源有限公司工程师,硕士生,从事密封铅酸蓄电池的工艺管理与研究;王拥军(1967-),男,河南开封人,八达电源有限公司工程师,技术副总工程师,从事密封铅酸蓄电池的工艺管理与开发;李德彬(1972-),男,河南郸城人,八达电源有限公司工程师,从事密封铅酸蓄电池的工艺管理;李继刚(1974-),男,河南新乡人,八达电源有限公司工程师,从事密封铅酸蓄电池的工艺管理与研究。
固定型VRLA 电池负极失效问题孙玉生,王拥军,李德彬,李继刚(八达电源有限公司,河南新乡 453000)摘要:应用SEM 对阀控式密封铅酸蓄电池在循环过程中不同阶段的负极物质的微观结构进行了观察,发现有机膨胀剂的损失是导致负极活性物质出现不可逆硫酸盐化现象的主要原因。
通过对负极物质配方的调整及充电方法的改进,能够有效地抑制负极硫酸盐化现象的出现。
关键词:阀控式密封铅酸蓄电池; 微观结构; 硫酸盐化; 有机膨胀剂; 充电方法中图分类号:T M 912 1 文献标识码:B 文章编号:1001-1579(2001)05-0212-03On the negative electrode failure of the stationary VRLA batterySU N Yu sheng,WANG Yong jun,LI De bin,LI Ji gang(Bada Power Sources Co.,L td.,Xinx iang,H enan 453000,China)Abstract:T he micro structure of negative electrode materials of V RLA battery in different periods during cycing was researched by SEM.It was found that sulfation of the negative plate w as caused mainly by the lose of the organic expander and the sulfation could be eliminated throug h the negative material formula and charge method adjustment.Key words:VRL A battery; micro structure; sulfatio n; o rganic expander; charge method在正常使用条件下,VRL A 电池期望的最终失效机理是正极板栅腐蚀。
VRL A 电池应设计成其他失效机理被消除,或晚于正极板栅严重腐蚀。
在实际中,VRLA 电池负极失效也是导致蓄电池寿命终止的原因之一。
近年来,人们开始关注负极硫酸盐化现象的机理[1~3]。
本文主要针对负极失效引起蓄电池寿命终止的现象,应用SEM 对负极活性物质在不同阶段的微观结构进行了观察,对调整负极物质配方对VRLA 电池寿命终止原因进行了探讨。
1 空白电池循环寿命实验1 1 负极物质配方(质量分数)硫酸钡0 8%;有机膨胀剂0 2%;含酸量:36 21g/kg 铅粉。
1 2 密封反应效率采用Pb-Ca-Sn-Al 四元合金板栅的6-GM -100电池按JISC8707-1992测试电池的密封反应效率,结果为97%。
1 3 循环寿命在25 环境中,6 GM 100电池按照0 25C 10A 放电2h,0 1C 10A 充电6h 的充放电制度进行寿命测试。
结果如图1a 。
1 4 结果与讨论a 经过对电池的分析,电池循环寿命的过早终止由某个组合单体失效而引起,该单体失效电池的放电曲线如图2。
从图2可以看出,负极电位在放电末期的快速升高导致单体电池放电终止电压提前。
由于负极进a 空白电池50%DOD(Blank battery)b 空白电池30%DOD(Bl ank battery)c 试验电池50%DOD(T esting battery)图1 循环寿命与循环次数的关系F ig 1 T he relat ion betw een cy clelife and cy cle numbers一步过放电而恶化影响到整组电池的放电终止电压提前到达,表明负极失效是引起电池循环寿命过早终止的主要原因。
b 从失效极板孔率测试发现,失效电池负极板的孔率(21 5%)比正常负极板孔率(47 6%)降低了很多,表明了负极物质表面积的减小。
失效电池负极板上中下部位PbSO 4含量第31卷 第5期 电 池Vol.31,No.52001年 10月 BAT T ERY BIM ON T HL YOct ,2001(各为4 2%、9 7%、54 6%)均较正常极板(1 3%)有所提高,尤其以极板下部更为突出。
解剖电池的失效负极板下部呈灰白色,也证明了负极发生了硫酸盐化现象。
c 失效原因。
在VRL A 电池中,由于设计特点,负极始终处图2 失效电池的放电曲线(vs .Cd)Fig 2 The positive and negative potentialof failed cell(vs .Cd)as a function of discharge time于不完全充电状态,负极硫酸盐化的可能性要高于普通铅酸电池。
负极极板不同部位的活性物质的充电效率也不同,靠近极耳部位的活性物质较远离极耳的活性物质先达到全充电态并开始氧复合,造成极板下部活性物质的充电不足而硫酸盐化。
对于固定型VRL A 电池,由于电池的贫液结构设计,气体析出对电解液的搅拌作用微乎其微;固定型V RLA 电池的极板高度远大于小型VRL A 电池,电解液层化现象更易于出现,导致负极物质硫酸盐化。
同时,由于负极中有机膨胀剂的不稳定性,易于通过3种途径损失: 溶解于电解液中被正极氧化;!热分解;∀与电解液中存在的氧化剂物质起反应;VR LA 电池内部温度高于普通铅酸蓄电池。
有机膨胀剂的不稳定性与电池内部温度过高加速了有机膨胀剂的损失,降低了负极充电接受能力,导致负极表面积收缩,降低反应物活性。
a 固化后 After curedb 化成后 Afterformationc 150次循环后 After 150cyclesd 失效后 After failure图3 负极材料的微观结构F ig.3 M icro structure o f negative material电池在30%DOD 的实验(如图1b)及对负极板的理化分析,发现电池在30%DOD 并未出现负极板的硫酸盐化现象。
通过SEM 对负极活性物质在50%DOD 循环过程中的不同阶段其微观结构的观察(图3),可知负极物质在固化后的微观结构显得较为杂乱,晶体大小不一;经过极板化成后的微观结构呈现出珊瑚状,中间夹杂着粗大的硫酸铅晶体;负极物质在150次循环时其微观结构开始收缩与凝聚,而此时对负极物质的理化分析表明PbSO 4的含量是较低的;循环寿命终止时负极活性物质出现了硫酸盐化现象。
根据实验结果及SEM 照片,可认为是负极有机膨胀剂的损失造成了此现象(硫酸钡在负极中是稳定的)。
结合失效单体电池的发生部位(常出现在组合电池的中部,此处单体电池存在着温度较高、热量散失慢等),因而可以认为主要是由于电池内部的较高温度及氧的氧化作用造成了负极有机膨胀剂在循环过程中的损失,导致负极活性物质出现收缩与凝聚而降低了负极的充电接受能力,加剧了负极板不完全充电状态,最终导致了负极硫酸盐化现象的出现。
这与电动车在某些条件下的循环测试结果较为一致[4]。
2 试验电池循环寿命实验2 1 负极物质配方(质量分数)硫酸钡1 2%,有机膨胀剂0 2%,乙炔黑1 6%,含酸量36 21g/kg 铅粉。
2 2 极板配组为防止由于极板上活性物质量的差异而引起单体之间充放电不平衡造成电池的失效,按照极板的重量分类对极板进行配组。
2 3 电池荷电保持能力电池荷电保持能力是衡量电池电性能的重要指标,电池调整负极物质配方有必要进行荷电保持能力测试。
在工作温度25 的条件下搁置90d,用10h 率放电电流进行容量检测。
其荷电保持能力,普通电池为97 46%,对比电池只有90 68%。
2 4 试验电池循环寿命在25 工作环境中,电池间保持一定的距离以有利于热量的散失(避免热量的影响因素),6-GM -100电池按照0 25C 10A 放电2h,恒压14 40V 最大电流值0 25C 10A 的恒压限流方式充电6h 进行测试。
其循环寿命结果如图1c 。
2 5 结果与讨论a 失效电池分析 从失效电池放电曲线(如图2b)及解剖分析来看,电池失效的原因转化为放电末期正极电位的迅速下降而使电池的终止电压提前。
失效电池正极容量也有很大的程度下降,说明通过负极物质配方的调整可消除负极硫酸盐化对电池寿命的影响。
电池失效的原因归结于正极失效。
正极失效是因为正极活性物质的软化脱落。
b 电池负极膨胀剂BaSO 4,具有与PbSO 4近似的晶格参数,放电时成为PbSO 4结晶中心。
提高BaSO 4在负极配方中含量,可降低PbSO 4形成的饱和度,生成的PbSO 4疏松多孔,有利于H 2SO 4扩散,减轻了浓度极化。
由于BaSO 4的高含量使得PbSO 4优先在BaSO 4上成核析出,而不是在P b 上析出,使活性铅不致为PbSO 4钝化层覆盖而推迟了负极的钝化。
硫酸钡是惰性的,不参加电极氧化还原过程,高度分散的硫酸钡把铅与铅或硫酸铅与铅机械地分隔开,使之不易进行颗粒间的合并而保持了电极物质发达的比表面积,防止了负极表面积的收缩。
硫酸钡含量在质量分数1%以下时,电池循环寿命随硫酸钡含量的增加而提高,直至硫酸钡含量达到质量分数1%,超过此含量,电池循环寿命将保持恒定(如图4)[5]。
213第5期孙玉生等:固定型VRLA 电池负极失效问题在负极铅膏中添加高比例的乙炔黑有以下原因: 在负极中可稳定存在,在循环过程中损失量小,提高了负极活性物质的孔率和放电时酸的供应;!在金属铅和硫酸铅结晶过程中可图4 硫酸钡含量对循环寿命的影响 Fig 4 T he effect o f BaSO 4concentration on cycle life 调节表面活性物质分布;乙炔黑的掺杂能改善极板电导,使放电生成的硫酸铅易于转化,提高了负极的充电接受能力;使负极活性物质分散,起到防止负极比表面积收缩的膨胀剂的作用;∀高含量的硫酸钡可能造成负极活性物质之间接触性变差、导电能力减低而影响负极的容量。
乙炔黑有优良的导电性能,可保持负极活性物质之间良好的接触与导电能力,避免高含量硫酸钡的存在所造成的负极容量损失。