《蓄电池》专用
提高铅酸蓄电池循环寿命的研究
闫新华 刘金刚 钟细进
深圳市今星光实业有限公司， 中国 深圳 518118
摘 要
通过对不同极板厚度、不同电解液比重的铅酸蓄电池的初期容量、国标循环寿命和不同限压值的恒流限压充电对循环寿命的研究，以及对寿命终止电池的解剖分析，得出结论：适当增加正极板厚度，降低电解液比重，选择最佳的恒流限压充电的限压值能够提高电池的循环寿命。
关键词：极板厚度 初期容量 循环寿命 恒流限压充电
Studies on improving Lab’s Cycle Life
YAN Xin-hua LIU Jin-gang ZHONG Xi-jin
(SHENZHEN SUNNYWAY BATTERY TECH Co., Ltd., ShenZhen China 518118)
Abstract: Researching for Lead-acid battery’s initial capacity，the national standard cycle life
and different LV controling cycle life within different plate thickness and different electrolyte density; analyzing the dying battery, it was proved that, enhancing the positive plate thickness properly, reducing the electrolyte density, and selecting the optimal voltage-limit figures in LV charge, can improve the battery’s cycle life.
Key words: plate thickness， initial capacity， cycle life， constant current and limited voltage
charge
1、 前言：
在铅酸蓄电池市场，随着欧美等老牌电池生产企业巨大的成本压力以及近两年来国际铅价的持续上涨，使得世界知名的公司都纷纷转向中国建厂，或者干脆来中国购买电池进行贴牌销售。而这种大潮流，在带给国内企业可观利润的同时，也由于国内部分企业的产品质量问题给自身带来了毁灭性的打击。而国内部分企业产品质量与国外知名企业的显著差别，主要就是电池使用寿命尤其是循环使用寿命达不到要求。
铅酸蓄电池的寿命终止，多为容量不足，而对于小密电池来说，其循环寿命更是其众多指标中的关键指标。对于阀控铅酸蓄电池，延长电池循环寿命的公认理论是铅膏配方中增
加长效添加剂、采用高锡低钙合金
（1）
，极板高温固化
（2）
，提高装配压力
（3）
等能。
但即使以上措施都采取，也很难说生产出的电池寿命就能达到国外电池的水平。尤其是随着成本压力的增加，很多国内中小企业，为了降低生产成本，提高电池的大电流放电性能，不断地降低电池的极板厚度和增加电解液的比重。此法对于电池的整体性能尤其是循环性能来说无疑是杀鸡取卵的方法。我公司在近10年的针对国外市场的产品研发、生产和销售过程中，积累了众多的经验来提高电池的循环寿命。
本项目的研究重点即是在上述各项延长电池循环寿命的措施都采取的情况下，重点研究电池正负极板厚度、电解液比重和不同充电条件对电池初期容量、国标版循环寿命和1h率100％DOD循环寿命的影响。
二、试验内容：
针对以上研究内容，我们采用两种极板厚度的电池结构，配合4种电解液比重，制作12V7AH电池进行各项性能试验。
2．1、电池制造
电池制造采用3正4负（正极板厚度为3.6mm）、4正5负（正极板厚度为2.8mm）两种结构装配，铅膏配方为今星光公司长寿命铅膏配方，极板为槽化成工艺生产，电池装配后分别加1.27、1.29、1.31、1.33四种比重电解液，加酸量控制单体内有效酸量一样。电池按照工艺初充电完成后测试电池重量和内阻，两种结构电池的重量分别约为2.60kg和2.45kg，内阻分别约为19mΩ和17mΩ。之后分别测试各类电池的初期容量和两种循环寿命，为清楚表示各类正交试验电池的特点和试验项目，各电池正交试验情况列于下表1。
表1：各类正交试验方案
电池特点 1.27 1.29 1.31 1.33 3正4负 A1B1 国标 A1B2 国标 LV A1B3 国标 LV A1B4 国标 4正5负 A2B1 A2B2 国标 LV A2B3 国标 LV A2B4
注：1、上表中AB代号表示本项目试验中各类电池的代号；
2、电池初期容量测试所有各类电池，国标和LV分别代表两类循环寿命测试的
电池类别。
2．2、初期性能测试：
上表1中各类电池制作完成后，分别测试各类电池20h和3C容量，作为电池初期容量进行比较考核。
2．3、国标循环寿命：
电池经过初期容量测试合格后，按照小型阀控密封式铅酸蓄电池国家标准（标准代号
为GB/T 196391.1—2005）(4)5.18寿命试验方法测试上表1中6类电池的寿命。
2．4、恒流限压（LV）寿命试验：
根据上面各类电池的两项试验情况，采用不同的恒流限压充电方法测试上表1中4
类电池的1h率放电100％DOD循环寿命。
2．5、电池解剖分析：
将上一步中寿命终止的电池解剖，采用化学方法分析正负极活性物质含量、负极硫酸铅含量以及酸比重等，并确定电池寿命终止的原因。
3、试验结果分析讨论： 3．1电池初期性能试验：
电池制作完成后，对各类电池分别任意取3只按照国标方法测试电池的20h率放电和3C放电数据，对3只电池的放电数据取平均值做成下表2。
表2：各类电池初期性能测试数据/h（min）
电池类别 A1B1 A2B1 A1B2 A2B2 A1B3 A2B3 A1B4 A2B4 20h率 20.12 20.35 21.57 21.87 22.23 22.51 23.43 23.76 3C 7.32 8.17 9.17 9.39 9.86 10.13 10.67 10.93
由上表2中数据可以看出：各类电池，放电测试都能够达到国家标准要求的20h率放电20h和3C放电7分钟的要求。但是，随着极板减薄、电解液比重增加，不论是20h率容量还是3C容量，都呈增长趋势，尤其是3C放电时间增加的更加明显。
3．2国标循环寿命：
根据各类电池初期容量的测试情况，采用小型阀控铅酸蓄电池国家标准中5.18条所规定的电池循环寿命测试方法对3正4负极板结构的4种酸比重的电池和4正5负极板结构的1.29和1.31两种酸比重的电池，各2只进行循环寿命试验。试验数据见下表3。
表3：各类电池国标寿命数据/次
电池类型 A1B1—1＃ A1B1—2＃ A1B2—1＃ A1B2—2＃ A1B3—1＃ A1B3—2＃ 寿命次数 850 825 725 700 625 650 电池类型 A1B4—1＃ A1B4—2＃ A2B2—1＃ A2B2—2＃ A2B3—1＃ A2B3—2＃ 寿命次数 450 475 575 600 450 475
为了清楚电解液比重和极板厚度等对电池循环寿命的影响，将上表中数据分类后分别作图1（3正4负结构电池国标循环寿命随电解液不同的影响）和图2（不同极板结构电池循环寿命的影响）。
由表3、图1和图2可知：上述各类电池的国标循环寿命都大于标准中300次的要求。但是随着电解液比重的增加和极板厚度的减薄，电池循环寿命呈明显下降趋势。
3．3恒流限压（LV）寿命试验：
根据上述各项试验的情况，取3正4负极板结构，酸比重分别为1.29和1.31的A1B2和A1B3两类电池进行1h率的100％DOD寿命试验。充电方法为恒流限压，恒流值为0.15C，限压值分别为14.2V/只，14.5V/只和14.8V/只。每一类电池每一种充电方法测试3只电池。试验结束后将3只电池的循环次数取平均值列于下表4中。
表4：电池恒流限压寿命试验数据
电池类型 A1B2 A1B3
限压值 14.2V 14.5V 14.8V 14.2V 14.5V 14.8V 循环次数 387 325 263 216 323 237
由上表数据可以看出：对于电解液比重为1.29的电池来说，随着充电限压值的逐步增大，电池循环寿命逐步减小，采用14.2V/只的限压值充电，循环寿命最长。而对于电解液比重为1.31的电池来说，则是采用14.5V/只限压值充电的电池寿命最长，采用其他两个限压值充电的电池寿命明显少的多。
3．4 电池解剖分析
将进行LV试验的各组电池寿命终止后，各取有代表性的电池一只，解剖分析正负极活性物质含量、负极硫酸铅含量和隔膜内电解液比重等，并初步确定电池失效原因。具体情况见下表5。
表5：寿命终止电池解剖分析 电池类型（限压值） 正极PbO2％ 负极Pb％ 负极PbSO4％ 电解液比重 电池失效原因
14.2V 97.45 93.83 4.16 1.33 正极泥化板栅腐蚀
A1B2 14.5V 98.23 94.23 3.27 1.35 正极泥化
14.8V 97.96 94.76 3.16 1.40 正极泥化 失水
14.2V 93.27 79.28 18.75 1.28 负极硫酸盐化
A1B3 14.5V 97.59 91.83 5.23 1.32 正极泥化板栅腐蚀
14.8V 98.83 92.69 5.27 1.35 正极泥化
由上表5中的分析并结合表4中的循环寿命数据可以得出结论：对于酸比重为1.29的电池，循环寿命终止的原因主要是充电过程中正极活性物质泥化、正极板栅腐蚀和失水等，充电过程电池失水的同时也引起了电解液比重的提高。而对于酸比重为1.31的电池，现象和趋势基本相同，只是采用14.2V/只充电时易导致电池充电不足，出现负极硫酸盐化现象。
4、结论：
通过对不同极板厚度、添加不同比重电解液的电池进行初期容量、国标循环寿命和不同恒流限压充电控制条件下的循环寿命试验以及对循环寿命终止电池的解剖分析，得出如下结论：
电池极板越厚，电解液比重越低，电池的初期容量相对越低，尤其是大电流放电性能降低的更加明显，但是电池的循环寿命则明显延长。
对于一定电解液比重的电池，合理选择恒流限压充电的限压值，能够避免电池的负极硫酸盐化和正极泥化，延长电池循环寿命。
参考文献：
1、孔德龙等 提高阀控铅酸蓄电池充电接收能力的研究 蓄电池 2001年 第4期 2、闫新华 铅酸蓄电池固化条件的研究 蓄电池 2001年第4期
3、包有富 影响阀控铅酸蓄电池深循环寿命的因素 电源技术 2001 年第4期 4、GB/T 19639.1—2005 小型阀控式铅酸蓄电池国家标准
