CN109143082A - 铅酸蓄电池最佳放电深度测试分析与评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铅酸蓄电池最佳放电深度测试分析与评估方法，通过对不同荷电态的正极板的活性物质，采用X射线光电子能谱（XPS）测试并进行数据处理，测出不同荷电态下的PbSO4及PbO2的质量百分含量及对应的凝胶区的比例大小，根据凝胶区的比例速率变化，确定最大临界点，找出对应的最佳放电深度，来预评估电池的循环寿命大小及各种产品技术方案的优劣，提高电池性价比。本发明实施简便、过程短、测量精度高、评估准确，特别适合用来评估研发阶段的铅酸蓄电池设计寿命。
Description
技术领域
本发明属于电化学电池技术领域，具体地讲，本发明涉及一种铅酸蓄电池，特别是铅酸蓄电池最佳放电深度测试分析与评估方法。
背景技术
随着时代的发展，各行各业除对铅酸蓄电池需求量不断地增加，同时对铅酸蓄电池的性能也有了更高的要求。为了适应社会发展的需要，满足客户的期盼，本行业有责任、有义务向社会提供性价比高的铅酸蓄电池产品。鉴于本行业至今没有一项公认的铅酸蓄电池设计评估方法，使得用同一技术方案设计的铅酸蓄电池，在不同放电深度条件下设计寿命差距较大，不同技术方案设计的铅酸蓄电池设计寿命差距更大。目前，本行业验证铅酸蓄电池的设计寿命只能借鉴循环寿命的测试结果来评价。可是，该方法周期太长，验证成本大，不适合用来评定处于研发阶段的铅酸蓄电池设计寿命。
发明内容
本发明主要针对现有技术的不足，提出一种技术先进，方法简便、快捷，测试结果准确的铅酸蓄电池最佳放电深度测试分析与评估方法，该方法特别适合用于指导铅酸蓄电池新产品研发。
本发明通过下述技术方案实现技术目标。
铅酸蓄电池最佳放电深度测试分析与评估方法，其改进之处在于按下列步骤进行：
1）对蓄电池满荷电态的正极板进行荷电态调整放电，分别制作30%、40%、50%、60%、70%、80%、90% 荷电态正极板各1片；
2）对不同荷电态的正极板的活性物质PAM分别进行取样标识；
3）利用X射线光电子能谱XPS测试得到Pb4f峰、S2p峰和O1s峰，通过RietveldRefinement工具进行数据处理；
4）计算得出不同荷电态下的正极板样品的PbSO4及PbO2的质量百分含量；
5）采用X射线光电子能谱XPS对O1s峰分峰处理，得出不同荷电态下对应凝胶区的比例；
6）根据不同荷电态正极板活性物质凝胶区比例大小与PbSO4的质量百分含量对应关系，找出凝胶区的比例变化速率最大的临界点，得出最佳放电深度；
7）通过对比不同技术方案的凝胶区临界点比例大小，来表证不同技术方案的蓄电池最佳放电深度，得出最佳设计方案。
作为进一步改进方案，所述步骤2）具体做法为：对每片正极板沿厚度d方向均匀分为3层，每层厚度约为0.33d，在每层的中间部位取样，长度L方向的取样位置分别在0.25L、0.5L、0.75L处，宽度B方向的取样位置在0.5B处， 每层取样1个，将3个试样混合后作为标准试样，按不同荷电态进行编号。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极效果：
1、本发明实施简便、过程短、测量精度高、评估准确，特别适合用来评估研发阶段的铅酸蓄电池设计寿命。
2、本发明通过测定不同荷电态正极板活性物质PAM的PbSO4及PbO2及对应的凝胶区比例大小，导出凝胶区临界比例，根据凝胶区临界比例大小，来预评估电池的循环寿命大小及产品技术方案优劣。
3、本发明通过凝胶区临界比例的测定，来确定产品的最佳放电深度，让蓄电池发挥最优性价比。
具体实施方式
本发明是一种铅酸蓄电池最佳放电深度测试分析与评估方法，具体按下列步骤进行：首先对蓄电池满荷电态的正极板进行荷电态调整放电，分别制作30%、40%、50%、60%、70%、80%、90% 荷电态正极板各1片，对每片正极板沿厚度d方向均匀分为3层，每层厚度约为0.33d，在每层的中间部位取样，长度L方向的取样位置分别在0.25L、0.5L、0.75L处，宽度B方向的取样位置在0.5B处， 每层取样1个，将3个试样混合后作为标准试样，按不同荷电态进行编号1，2，3，4，5，6，7。所取样品利用X射线光电子能谱XPS测试得到Pb4f峰、S2p峰和O1s峰，通过Rietveld Refinement工具进行数据处理，计算得出不同荷态下的正极板样品的PbSO4及PbO2的质量百分含量，采用X射线光电子能谱（XPS）对O1s峰分峰处理，得出不同荷电态下对应的凝胶区的比例大小，将极板活性物质凝胶区比例大小与PbSO4的质量百分含量作图，找出凝胶区的比例变化速率最大的临界点，通过对比凝胶区临界点比例大小，来表证不同技术方案的蓄电池最佳放电深度，得出最佳设计方案。
下面通过采用不同技术方案的A型、B型铅酸蓄电池正极活性物质最佳放电深度测试分析与评估方法的实施例，进一步说明本发明内容及其有益效果。
1、将A型、B型铅酸蓄电池样品进行正极板活性物质进行荷电态调整放电，保持在30%、40%、50%、60%、70%、80%、90% 荷电态下的正极板各1片；
2、对每片正极板沿厚度d方向均匀分为3层，每层厚度为0.33d，长度L方向的取样位置分别在0.25L、0.5L、0.75L处，宽度B方向的取样位置在0.5B处， 每层取样1个，将3个试样混合后作为标准试样，按不同荷电态进行编号1，2，3，4，5，6，7。利用X射线光电子能谱XPS测试得到Pb4f峰、S2p峰和O1s峰，通过Rietveld Refinement工具进行数据处理，计算得出不同荷态下的正极板样品的PbSO4及PbO2的质量百分含量，采用X射线光电子能谱XPS对O1s峰分峰处理，得出不同荷电态下对应的凝胶区的比例，结果如下表所示：
表1、 A型电池正极板不同荷电态下的硫酸铅和凝胶区比例
表2、B型电池正极板不同荷电态下的硫酸铅和凝胶区比例
3、根据表（1）、表（2）中凝胶区比例与PbSO4的含量变化对应关系数据分析，可以发现：
A型电池凝胶区比例临界值为29.56%，这一临界值对应的荷电态为40%（即放电深度60%），B型电池凝胶区比例临界值为29.27%。（即放电深度70%），当放电深度高于此值时，正极板中硫酸铅比例急剧增加，循环寿命急剧下降。
B型电池40%荷电态（60% DOD）状态下循环时，仍保持较高的凝胶区比例36.39%，高于A型电池40%荷电态（60% DOD）状态下循环时，仍保持较高的凝胶区比例29.56%, 由此可知B型电池比A型电池循环寿命长。
4、为了进一步验证本发明，作A型、B型电池循环寿命测试对比试验
（1）循环制式(40%DOD)为：
a) 0.2C放电2h；
b)2.4V/只，限流0.25C充电3h；
c) 继续第a)、b)步骤循环100次；
d) 循环100次结束后以2.4V/cell，限流0.2C充电16h，充电结束再进行C10容量检测；
e) 重复a) ～d)直至核对性容量检测小于80%C10为止。
(2)循环制式(60%DOD)为：
a) 0.2C放电3h；
b)2.4V/只，限流0.25C充电5h；
c) 继续第a)、b)步骤循环100次；
d) 循环100次结束后以2.4V/cell，限流0.2C充电12h，充电结束再进行C10容量检测；
e) 重复a)～d)直至核对性容量检测小于80%C10为止。
（3）循环寿命次数
A型电池（200AH样品）进行寿命试验，40%DOD循环次数为1700次，总放出容量为136KWH， 60%DOD循环次数只有800次，总放出容量为 96 KWH, 说明A型电池最佳放电深度为40%，B型电池60%DOD循环次数为1800次,总放出容量为 216 KWH，循环性能明显优于A型电池，最佳放电深度为60%。
5、性能价格比对比分析:
（1）性价比计算方法
寿命周期内总放出能量=额定容量×2×放电深度×循环次数/1000(KWH)
单位价格=售价/KWH
性价比=寿命周期内总放出容量/额定容量/单位价格
（2）A型电池性价比计算
按售价为1.05元/KWH计算,40%DOD循环性价比为139.5,而60%DOD循环性价比为91.4，这说明通过确定凝胶区临界比例，得出最佳放电深度，说明A型电池最佳放电深度为40%DOD。
（3）B型电池电池性价比计算
按售价为1.25元/KWH 60%DOD循环性价比为172.8，高于A型电池40%DOD循环性价比，说明设计方案B明显优于设计方案A。
综合荷电态、凝胶区比例及循环寿命对比，A型电池荷电态为40%时正极板凝胶区比例为29.56%，B型电池荷电态为40%时正极板凝胶区比例为35.69%，减小了24.6%，对应的循环寿命增加至2.12倍，而 B型电池荷电态为40%时的正极板凝胶区比例为35.69%，与A型电池荷电态为60%时的正极板凝胶区比例35.39%相近，具有相近的循环寿命。这说明可以通过正极板活性物质最佳放电深度测试分析与评估方法来预评估产品设计方案的优劣，确定电池最佳放电深度，提高产品性价比， 创造经济效益。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种铅酸蓄电池最佳放电深度测试分析与评估方法，其特征在于按下列步骤进行：
1）对蓄电池满荷电态的正极板进行荷电态调整放电，分别制作30%、40%、50%、60%、70%、80%、90% 荷电态正极板各1片；
2）对不同荷电态的正极板的活性物质PAM分别进行取样标识；
3）利用X射线光电子能谱XPS测试得到Pb4f峰、S2p峰和O1s峰，通过RietveldRefinement工具进行数据处理；
4）计算得出不同荷电态下的正极板样品的PbSO4及PbO2的质量百分含量；
5）采用X射线光电子能谱XPS对O1s峰分峰处理，得出不同荷电态下对应凝胶区的比例；
6）根据不同荷电态正极板活性物质凝胶区比例大小与PbSO4的质量百分含量对应关系，找出凝胶区的比例变化速率最大的临界点，得出最佳放电深度；
7）通过对比不同技术方案的凝胶区临界点比例大小，来表证不同技术方案的蓄电池最佳放电深度，得出最佳设计方案。
2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池最佳放电深度测试分析与评估方法，其特征在于所述步骤2）具体做法为：对每片正极板沿厚度d方向均匀分为3层，每层厚度约为0.33d，在每层的中间部位取样，长度L方向的取样位置分别在0.25L、0.5L、0.75L处，宽度B方向的取样位置在0.5B处， 每层取样1个，将3个试样混合后作为标准试样，按不同荷电态进行编号。
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