CN105226332B - 一种控制阀控密封铅酸蓄电池鼓胀变形的方法 - Google Patents

一种控制阀控密封铅酸蓄电池鼓胀变形的方法 Download PDF

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Abstract

一种控制阀控密封铅酸蓄电池鼓胀变形的方法，包括极群装配入槽、封盖、电池添加电解液、电池化成、扣安全阀等工序，所述极群装配入槽工序中，极群装配压缩比控制在20%～25%之间；所述电池添加电解液工序中首先对电池进行低温冷冻，将装配好的电池置入温度低于0℃环境中静置4‑15小时，将冷冻后的电池取出立即添加电解液，电解液的温度控制在15℃以下；所述电池化成工序水浴温度控制在20～30℃。采用本发明方法制作的VRLA铅酸蓄电池与现行工艺生产的电池相比电池的鼓胀变形情况有了明显改观，消除或大大降低了VRLA电池的鼓胀变形，变形量可以控制在1mm以下，避免因电池变形退返给企业造成的巨大经济损失。

Description

一种控制阀控密封铅酸蓄电池鼓胀变形的方法
技术领域
本发明涉及一种蓄电池生产方法，特别是控制阀控密封铅酸蓄电池化成充电后发生鼓胀变形的方法，蓄电池技术领域。
背景技术
阀控密封铅酸蓄电池简称为VRLA电池，其基本特点是在使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，电池盖子上设有单向排气阀（安全阀），该阀的作用是当电池内部气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关阀，防止空气进入电池内部。由于VRLA电池不会有酸液或酸雾排放出来腐蚀设备、污染环境，所以备受用户欢迎，近年来使用愈加广泛。VRLA电池的结构特点是极群和电池壳体接触紧密，据有较强的装配压力。在生产过程中，电池组装时会受到极群的挤压产生变形；在封盖过程中会发生温度变化，电池在加酸和化成充电时也会发生温度的升高和降低现象，电池壳体受到冷热变化亦会造成电池壳体不同程度的变形。为保持电池已有的荷电量，电池化成充电结束后要及时扣上安全阀使其与外部隔绝，而后只有在安全阀自动打开时电池内外气体才有可能发生交换，当电池内部压力达到其闭阀压力时，电池的安全阀会自动关闭，外部气体是不会进入电池内部的，如果此时电池已经变形，在没有外力的作用下其变形是不会恢复的。目前，VRLA电池的变形是一种极易发生的现象，变形以外壳鼓胀为主，变形量多≥2mm，严重的可达4-5 mm。鼓胀变形大的蓄电池存有安全隐患，因此会引起用户的高度警觉，因电池变形而造成的大量投诉或退返，给蓄电池企业生产造成严重的负面影响及重大经济损失。引起电池变形的因素较多，控制电池鼓胀变形问题非常棘手且亟待解决。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种控制阀控密封铅酸蓄电池鼓胀变形的方法，采用该方法可以将VRLA电池出厂变形量控制在1mm以下、在使用中保持变形量不大于1.5mm。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种控制阀控密封铅酸蓄电池鼓胀变形的方法，包括极群装配入槽、封盖、电池添加电解液、电池化成、扣安全阀等工序，所述极群装配入槽工序中，极群装配压缩比控制在20%～25%之间；所述电池添加电解液工序中首先对电池进行低温冷冻，将装配好的电池置于温度低于0℃的环境冷冻，冷冻时间4-15小时，冷冻完成后的电池立即添加电解液，电解液的温度控制在15℃以下；所述电池化成工序的水浴温度控制在20～30℃。
上述控制阀控密封铅酸蓄电池鼓胀变形的方法，所述扣安全阀工序中将化成充电结束的电池在环境温度下静置，监测电池内部温度和环境温度，待电池内部温度降至高于环境温度10～15℃时扣上安全阀。
上述控制阀控密封铅酸蓄电池鼓胀变形的方法，增设电池内部压力调整工序，电池内部压力调整工序对扣上安全阀静置72h后的电池逐一检测变形量，对鼓胀后变形量大于1毫米的电池进行压力调整，压力调整的方法如下：利用加酸机设置的抽真空设备，对电池进行减压处理，处理过程中检测电池的变形量，至电池的变形量小于1mm结束抽气。
本发明经深入研究并反复验证，找出导致VRLA电池鼓胀变形的各因素，并针对这些因素对现有VRLA电池制作工艺的相关工序进行了如下改进：1、确定电池合理的压缩比，减小装配压力，从而减少电池的物理变形量；2、降低添加电解液过程的电解液温度、电池温度和电池化成时水浴温度，有效减小电池的热变形量；3、将安全阀扣阀的时间控制改为温差控制，避免因扣阀时机不合适而产生的二次膨胀。此外，对变形超过1mm的电池负压抽气，增加电池内外压差，降低电池内部气压从而达到电池变形量小于1mm的目的。试验表明，采用本发明方法制作的VRLA铅酸蓄电池与现行工艺生产的电池相比电池的鼓胀变形情况有了明显改观，VRLA电池出厂变形量控制在1mm以下、在使用中保持变形量不大于1.5mm，提高了电池的使用安全性，避免因电池变形退返给企业造成的巨大经济损失。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是VRLA电池发生鼓胀变形的示意图。
具体实施方式
VRLA电池化成充电后发生的变形绝大多数是鼓胀变形，如图1所示。究其原因主要由下述三个因素造成：1、电池的装配压力大造成物理变形；2、电池添加电解液后产生放热的化学反应及电池化成充电时温度过高产生的热变形；3、扣安全阀的时机不合适造成二次膨胀变形。针对上述三项主要因素，本发明在电池生产过程中不同工序采用相应的控制手段如下：
VRLA电池为紧装配电池，使用的隔板是具有一定弹性的AGM隔板，在组装电池时，隔板要受到一定挤压，通过测量电池组装过程中各工序电池的外形变化数据发现，导致电池装配压力大的主要原因是极群厚度，极群厚度是由极板厚度和隔板厚度两部分组成，板栅确定后，极板厚度决定着电池的活性物质量，电池的活性物质量直接关系到电池的电性能，因此改变极群厚度是通过适当减少隔板厚度来实现的。考虑到隔板的隔离作用和吸附电解液的作用，不易过分减少其厚度。电池的压缩比是指隔板的压缩量与极间距的比值，而阀控密封铅酸蓄电池的电解液是吸附在极板和隔板中的，电池中无游离的电解液，只有这样才能保证电池在使用过程中不会有酸液或酸雾排放出来腐蚀设备、污染环境。隔板压缩量的大小会影响电池的活性物质——电解液的量和电池的内部电阻，隔板的压缩量越大，其吸附电解液的量越小，极间距就也会越小，电池内阻随之减小，但电解液作为电池的活性物质，其含量的减少也会影响到电池的电性能，因此为保证电池的性能，经过计算及反复验证，本发明将电池的压缩比控制在20%～25%之间，低于常规工序2-5个百分点。
电池的热变形是电池产生鼓胀的主要因素，而热变形主要在添加电解液和化成充电的两道工序中产生。电池添加电解液后在电池内部发生如下反应：
PbO+H2SO4=PbSO4+H2O+△，该反应为放热反应，会有热量产生。要想控制添加电解液后电池的温度，需从降低PbO和H2SO4的温度两个方面入手，才能收到理想的控温效果。本发明在电池添加电解液工序中首先对电池进行低温冷冻，即将装配好的电池置入温度低于0℃环境中静置4-15小时。具体的冷冻时间视电池的体积而定，体积越大的电池冷冻的时间越长，冷冻后的电池内部温度降低到0℃左右，冷冻完成后的电池立即添加电解液，添加的电解液需预先降温到15℃以下。上述双冷措施有效地控制了加酸后电池的温度上升区间，大大减小了由此产生的电池膨胀量。
电池化成充电温度调节通常采用水浴控制，一般情况下在一定范围内，水浴温度越高电池的化成充电效果越好，温度越低则需的充电时间越长，有可能会造部分活性物质不能有效转化，并影响电池的性能。然而如果电池长期处于温度较高的环境中，则会导致壳体发生热变形，变形严重时无法恢复。本发明通过试验，确定了合理的化成水浴温度控制范围为20～30℃。试验表明，在此水浴温度下化成，既可以保证电池的充电效果、又可防止电池发生较大的热变形，避免因壳体较大变形而不能恢复的后果。
化成后的电池在静置一段时间后扣上安全阀，电池扣阀过早不仅会造成电池安全阀脱落，而且还会由于电池内部温度较高造成电池二次膨胀；但扣阀过晚会达不到电池的负压要求，还会造成负极板氧化。现有工艺是根据电池化成后的静置时间来控制扣阀时机，但是通过时间控制扣阀往往会造成扣阀时机不合适。本发明经过多次实验，找到了合理扣阀时机的控制方法：在电池充电结束后静置过程中持续测量电池内部温度和环境温度，待电池内部温度降至高于环境温度10～15℃时扣上安全阀。该方法扣阀时机控制准确，避免了因扣阀过早或过晚而产生的种种弊端。
通过上述方法的综合实施，大多数的电池变形量可以控制在1mm以下。但是会有少量电池扣阀后经过一段时间的静置后变形量仍大于1mm。对于上述现象现有技术是采用化学方法进行处理即：将充好电的电池打开安全阀继续充电使其发生如下反应：H2O=H2+O2+△，充电结束后扣上安全阀，通过产生的气体与电池内活性物质反应及温差的形式使电池内部形成负压达到解决电池鼓胀变形的目的，通过该方法处理后的电池由于其内部的活性物质参与了化学反应，这样往往会引起电池性能的变化，造成电池间使用性能的差异，在与其它未经处理的电池成组使用时由于性能上的差异而影响到电池使用效果，使其寿命缩短，甚至会造成设备停运故障。为解决现有技术之不足，本发明利用气压差的原理，采用物理方法进行处理，增设了电池内部压力调整工序。所述电池内部压力调整工序是对扣上安全阀静置72h后的电池逐一检测变形量，对鼓胀后变形量大于1毫米的电池进行压力调整，压力调整的方法如下：利用现有加酸机上设置的抽真空设备及密封装置对电池进行抽气，即：使用加酸时的密封装置将注酸口处密封，真空抽嘴对准注酸口，然后打开真空泵，当真空度达到60～90Ka时，电池的鼓胀现象会明显减弱，抽气过程中检测电池的变形量，至电池的变形量小于1mm结束抽气。压力调整工序无需增加新的设备及工装，采用物理方法解决的电池鼓胀问题，处理过程中电池内的活性物质未参与化学反应，其量并未发生变化，因此经此方法处理的电池可以同未处理的电池成组使用，其一致性不会受到影响。
以下提供几个本发明的具体实施例：
实例1：生产12V 180Ah蓄电池，极群装配压缩比为20%；电池添加电解液工序中首先对电池进行低温冷却，将装配好的电池置入温度低于0℃冷柜中静置4个小时，将冷却后的电池取出立即添加电解液，电解液的温度经冷酸机降温至13℃；电池化成工序水浴温度控制在20℃；电池化成充电结束后待电池内部温度与室温相差13℃时扣上安全阀；扣阀后静置72h后检测电池鼓胀变形量0.8mm。
实例2：生产12V 1800Ah蓄电池，极群装配压缩比为25%；电池添加电解液工序中首先对电池进行低温冷却，将装配好的电池置入温度低于0℃的冷柜中静置15个小时，将冷却后的电池取出立即添加电解液，电解液的温度经冷酸机降温至13℃；电池化成工序水浴温度控制在25℃；电池化成充电结束后待电池内部温度与室温相差15℃时扣上安全阀；扣阀后静置72h后检测电池鼓胀变形量1.0mm。
实例3：生产12V 1800Ah蓄电池，极群装配压缩比为23%；电池添加电解液工序中首先对电池进行低温冷却，将装配好的电池置入温度低于0℃冷柜中静置10个小时，将冷却后的电池取出立即添加电解液，电解液的温度经冷酸机降温至14℃；电池化成工序水浴温度控制在30℃；电池化成充电结束后待电池内部温度与室温相差10℃时扣上安全阀；扣阀后静置72h后检测电池鼓胀变形量1.8mm。利用加酸机设置的抽真空设备，对电池进行抽气，抽气过程中检测电池的变形量，至电池的变形量小于1mm结束抽气。

Claims (2)

1.一种控制阀控密封铅酸蓄电池鼓胀变形的方法，包括极群装配入槽、封盖、电池添加电解液、电池化成、扣安全阀工序，其特征在于：所述极群装配入槽工序中，极群装配压缩比控制在20％～25％之间；所述电池添加电解液工序中首先对电池进行低温冷冻，将装配好的电池置于温度低于0℃的环境，冷冻温度低于0℃，冷冻时间4-15小时，冷冻完成后的电池立即添加电解液，电解液的温度控制在15℃以下；所述电池化成工序的水浴温度控制在20～30℃；
所述扣安全阀工序中将化成充电结束的电池在环境温度下静置，监测电池内部温度和环境温度，待电池内部温度降至高于环境温度10～15℃时扣上安全阀。
2.根据权利要求1所述的控制阀控密封铅酸蓄电池鼓胀变形的方法，其特征在于：增设电池内部压力调整工序，电池内部压力调整工序对扣上安全阀静置72h后的电池逐一检测变形量，对鼓胀后变形量大于1毫米的电池进行压力调整，压力调整的方法如下：利用加酸机设置的抽真空设备，对电池进行抽气，抽气过程中检测电池的变形量，至电池的变形量小于1mm结束抽气。
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