CN109755667B - 一种铅蓄电池快速化成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铅蓄电池快速化成方法，属于蓄电池技术领域。所述铅蓄电池快速化成方法，首先将加酸后的待化成电池置于恒温水浴中进行化成，在化成初期采用小电流梯度递增方式充电至析气电位，再以电流梯度递减的方式充电，减少极化；化成中期，首先采用大电流充电至析气电位，再梯度递减的方式充电，快速实现活性物质的转化，节约充电时间；在极化较大时采用大电流放电，去极化，提高电池充电接受能力，减少此阶段耗时，提升生产效率。本发明通过工艺调整，使得电池电解液失水减少，酸密度变化小，使得极板在较低的酸密度下快速转化为活性物质，酸密度低更有利于形成α‑PbO₂，有助于延长电池寿命。

Description

一种铅蓄电池快速化成方法

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，具体涉及一种铅蓄电池快速化成方法。

背景技术

化成是铅酸蓄电池制造的关键工序之一，化成就是在一定条件下对电池进行充放电，将没有活性的正极极活性物质转化成具有活性的物质。通过化成既可使极板生成具有较高活性的物质，又可使得到的活性物质有一个适当的微观结构，使晶体之间有较好的接触从而保证极板具有高的比特性和长的充放电寿命，从而改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能。

目前铅酸电池主要采用内化成方式，内化成在电池壳中进行，电解液相对外化成大大减少。为了保证电池酸量充足，需要较高密度的硫酸电解液，但是电解液酸密度越高，活性物质转化效率越低，因此，现有技术中常用方式是加入较低酸密度的电解液，通过化成充电达到一个规定范围的酸密度，化成过程中有相当一部分电量用来分解水，因此必须充入较多的电量使水分减少，消耗的电能是巨大的，尤其是较厚的极板，能耗大、酸雾多。

对于生产商来说，降低充电量、减少充电时间、延长电池寿命是铅酸蓄电池化成离不开的宗旨。

目前内化成技术一般是采用恒流多次充电、放电直至化成结束。化成前期通常采用持续充电方式，但是电池会产生大量热量，导致电解液温度升高，水分损失，硫酸密度升高，化成效率降低，而且电池温度过高，会影响电池低温性能，另一方面，温度过高，生成硫酸铅结晶大，极化大，难化成。脉冲技术可以去极化，提高充电效率，但脉冲设备投入较大。

申请公布号为CN 106972214 A的专利文献公开了一种铅酸电池的内化成工艺，包括：向铅酸电池中加酸，电池内部温度升高，采用循环水加冰冷却电池，温度控制在25-45℃，静置1-4小时，对电池进行初步充电，采用0.01-0.15C的电流反向充电3-5小时，采用0.2-0.5C的电流正向充电1-2小时，采用0.2-0.3C的电流反向充电1-2.5小时，使用0.4-0.6C的电流对电池进行放电1-3小时。在电池化成前，采用两次反向充电，能够延长电池寿命，对活性物质转换有促进作用，提高电池初始容量，之后进行多次的正向充电和静置，使电池更好化成，酸液溢出少，提高电池的安全性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铅蓄电池快速化成方法，以解决现有工艺中存在的化成时间长、能耗高等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铅蓄电池快速化成方法，将加酸后的待化成电池置于恒温水浴中进行化成，所述化成包括以下步骤：

(1)以电流梯度递增的方式充电至单体电压达到析气电位，再以电流梯度递减的方式充电至电压达到2.7-2.9V/单格，然后以0.4C-0.75C的电流放电至达到终止电压；

(2)以0.35C-0.6C的电流充电至单体电压达到析气电位，再以0.1C-0.3C的电流充电至电压达到2.7-2.9V/单格，然后以0.4C-0.75C的电流放电至达到终止电压；

(3)重复步骤(2)若干次；

(4)以电流递减的方式恒流充电至电池电压达到2.75V-2.9V/单格，再进行容量检测；

(5)以电流递减的方式恒流补充电，再浮充电至电压稳定。最后抽出多余的电解液，完成化成。

以额定容量为12Ah的电池为例，1C对应的电流为12A，0.05C对应的电流为0.6A。

电池加酸后，硫酸与极板反应瞬间放出大量的热量，如果热量不能及时扩散，导致电池极板内部温度过高，影响电池低温容量，本发明采用冷却过的电解液，降低加酸后电池的温度，作为优选，待化成电池中加入的电解液的温度为0-15℃。

加酸后将电池置于冷水浴中，使电池内部热量能够快速被吸收，降低电池温度，作为优选，加酸后的待化成电池先置于0℃-20℃的冷水浴中冷却后再置于恒温水浴中进行化成。

电池在冷水浴中静置时间为0.5-1.0h，让电池内部硫酸与极板充分反应，将产生的热量吸收，避免立即充电化成导致化成过程中电池内部温升过高。

所述恒温水浴的温度为33℃-38℃。研究表明，在此温度条件下，既能保证化成电流转化率，又能够及时吸收电池内部热量避免因内部温度过高导致电池低温性能差的问题。

本发明通过对化成过程中充放电工艺的改进，在保证化成电池满足国家标准的前提下，大大缩短化成时间，减少充电量，提高化成效果。

步骤(1)中，化成初期，极板主要物质为3BS、PbO，导电性较差，内阻较大，宜采用较小的电流，电流过大极板发热量大，导致电池温度急剧升高，电流利用低。充电一段时间后，沿着正极板栅生长一层二氧化铅，导电性增加。负极极板内部也生成一部分铅。后续采用较大电流进行充电，进行快速化成。大电流化成达到一定阶段后，极化增加电压快速上升，极板开始析出气体，这时采用较小电流进行充电，减少极化，使前期形成的水化物完全转化成活性物质。

作为优选，充电的电流以梯度递增的方式从0.05C-0.08C增至0.2C-0.25C，再以梯度递减的方式降至0.1C-0.15C，每次增加或减少0.05C-0.1C；

更为优选，步骤(1)中，所述充电包括：以0.05C-0.08C充电1-3h，0.1C-0.15C充电2-4h，0.2C-0.25C充电3-7h，0.15-0.2C电流充电2-5h，0.1C-0.15C电流充电2-4h。

放电采用大电流，放电电流越大，放电深度越深，电池在下一次充电时可接受充电电流越大，充电接受能力越好，电流利用率越高。

在步骤(2)中，首先采用大电流充电，可以减少充电时间，达到析气电位2.5-2.6V/单格后，电池开始剧烈析出气体，电流化成效率降低，还会导致电池内部温度急剧升高，使活性物质结构疏松。然后降低充电电流，降低极化，单体电压下降，析气微弱，充电效率较高。充电一段时间后，极化增加，在析气较严重之前开始大电流放电，去极化。

本发明通过调整充放电工艺结合恒温水浴，保持电池内部温度相对稳定，减少失水，酸密度变化小，使得极板在较低的酸密度下快速转化为活性物质，酸密度低更有利于形成α-PbO₂，有助于延长电池寿命，重复步骤(2)3次。

作为优选，步骤(4)中，所述的恒流充电包括：先以0.35C-0.6C的电流充电至单体电压达到析气电位，再依次以0.2C-0.35C、0.1C-0.2C的电流充电至电池电压达到2.7V-2.9V/单格。

极板活性物质转化基本完成，电池静置进行降温，稳定电解液，然后进行电池容量检测，容量检测采用的电流为0.2C-0.5C。根据放电时间进行分级划分。

步骤(5)中，以电流递减的方式恒流补充电，有利于电流转化效率。作为优选，所述补充电包括：0.35-0.6C充电1.25-2.5h，0.2-0.35C充电2-3h，0.1-0.2C充电2-3h。补充电的充电量为电池额定容量的1.2-1.5倍，既能保证电池补充电充满，又不至于过充电导致上一步骤容量检测的分级错乱。

浮充电采用的电流为0.01-0.03C。

根据动力电池特点，电池化成结束后电解液的酸密度一般控制在1.350-1.365g/mL，现有工艺中，通常采用酸密度小于1.25g/mL的电解液进行化成。本发明研究发现，改进后的化成工艺不仅适用于电解液酸密度较高的电池，调整加酸量后也满足电解液酸密度小于1.245g/mL的电池。

当采用酸密度为1.245-1.255g/mL的电解液，在步骤(4)集中失水。

作为优选，待化成电池中加入的电解液的酸密度为1.245-1.275g/mL。由于加酸后部分硫酸被中和，酸密度降低，虽比常用电解液略高一些，但对活性物质转化影响不大。

作为优选，所述化成依次包括以下步骤：

(1)以0.08C充电1-2h，0.15C充电2-3h，0.25C充电3-5h，0.2C A电流充电2-3h，0.15C电流充电2-3h；然后以0.4C-0.75C的电流放电至电压达到1.7-1.8V/单格；

(2)以0.4C-0.45C充电至电压达到2.5-2.6V/单格，再以0.25C充电1-2h，然后以0.4C-0.75C的电流放电至电压达到1.7-1.8V/单格；

(3)重复步骤(2)两次；

(4)以0.35C-0.4C充电至电压达到2.5-2.6V/单格，再以0.25C充电6-10h，0.15C充电3-5h；0.2C-0.5C放电至电压达到1.7-1.8V/单格，根据放电时间对电池进行分级；

(5)以0.4C充电1.25-2h，再以0.2C充电2-3h，0.15C充电2-3h；0.02C充电2-3h，抽酸，化成结束。

本发明具备的有益效果：

(1)本发明提供的化成工艺具有化成时间短、化成效率高、能耗低的特点，在化成初期采用小电流梯度递增方式充电至析气电位，再以电流梯度递减的方式充电，减少极化，使前期形成的水化物完全转化成活性物质；化成中期，首先采用大电流充电至析气电位，再梯度递减的方式充电，快速实现活性物质的转化，节约充电时间；在极化较大时采用大电流放电，去极化，提高电池充电接受能力，减少此阶段耗时，提升生产效率。

(2)本发明通过工艺调整，使得电池化成前期和中期电解液失水减少，酸密度变化小，使得极板在较低的酸密度下快速转化为活性物质，酸密度低更有利于形成α-PbO₂，有助于延长电池寿命；由于酸密度前期和中期变化小，该工艺也适用电解液酸密度略高(酸密度为1.255-1.275g/mL)的电池化成。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

型号为12Ah的电池

1、待化成电池采用真空加酸机自动加酸，加入的硫酸溶液的密度为1.265/ml，温度为12℃。然后在20℃冷却水中静置0.5h，使电池内部温度降低，同时使硫酸电解液浸透极板。

2、将电池放置在33℃恒温水浴槽中，静置20min。静置后，电池内部温度更均匀，后续化成一致性更好。

3、化成

a、第一次充电、放电：充电电流采用梯度增加，然后梯度减小的方式。然后放电采用大电流放电，至电池单体电压低于规定的值。

0.08C电流充电1h，0.15C电流充电2h，0.25C电流充电5h，0.2C电流充电2h，0.15C电流充电2h。然后采用0.75C电流进行放电至电池单体电压至1.75V。

b、采用大电流充电至单体电压达到析气电位时，再减小电流充电一段时间，然后大电流放电去极化。重复该步骤3次。

0.4C充电至单体电压达到2.55V，再以0.25C充电1.5h，然后0.5C放电至电池单体电压至1.80V。重复该步骤3次。

c、0.4C A充电至单体电压达到2.6V，以0.25C A充电6h，再以0.15C A充电4h。

d、容量检测：0.5C A放电至1.70V，然后根据放电时间分级。

e、补充电：0.4C A充电2h，以0.2C A充电2h，0.15C A充电2.5h，0.020C A充电2h然后抽酸。

4、对化成后的电池进行相关性能检测，结果如表2所示。

实施例2

型号为20AH的电池

1、待化成电池采用真空加酸机自动加酸，加入的硫酸溶液的密度为1.255g/ml，温度为5℃。然后在10℃冷却水中静置1.0h，使电池内部温度降低，同时使硫酸电解液浸透极板。

2、将电池放置在35℃恒温水浴槽中，静置30min。静置后，电池内部温度更均匀，后续化成一致性更好。

3、化成

a、第一次充电、放电：充电电流采用梯度增加，然后梯度减小的方式。然后放电采用大电流放电，至电池单体电压低于规定的值。

0.08C电流充电2h，0.15C电流充电2.5，0.25C电流充电5h，0.2C电流充电3h，0.15C电流充电2h。然后采用0.75C电流进行放电至电池单体电压至1.8V。

b、采用大电流充电至单体电压达到析气电位时，再减小电流充电一段时间，然后大电流放电去极化。重复该步骤3次。

0.4C充电至单体电压达到2.6V，再以0.25C充电1.75h，然后0.75C放电至电池单体电压至1.70V。重复该步骤3次。

c、0.35C A充电至单体电压达到2.6V，以0.25C A充电10h，再以0.15C A充电3h。

d、容量检测：0.5C A放电至1.70V，然后根据放电时间分级。

e、补充电：0.4C A充电1.5h，以0.2C A充电3h，0.15C A充电3h，0.020C A充电2h然后抽酸。

4、对化成后的电池进行相关性能检测，结果如表2所示。

实施例3

12Ah电池

1、待化成电池采用真空加酸机自动加酸，加入的硫酸溶液的密度为1.240g/ml，温度为15℃。然后在10℃冷却水中静置0.5h，使电池内部温度降低，同时使硫酸电解液浸透极板。

2、将电池放置在38℃恒温水浴槽中，静置30min。静置后，电池内部温度更均匀，后续化成一致性更好。

3、化成

a、第一次充电、放电：充电电流采用梯度增加，然后梯度减小的方式。然后放电采用大电流放电，至电池单体电压低于规定的值。

0.08C电流充电1h，0.15C电流充电2h，0.25C电流充电5h，0.2C电流充电3h，0.15C电流充电2h。然后采用0.75C电流进行放电至电池单体电压至1.80V。

b、采用大电流充电至单体电压达到析气电位时，再减小电流充电一段时间，然后大电流放电去极化。重复该步骤3次。

0.45C充电至单体电压达到2.55V，再以0.25C充电1.5h，然后0.5C放电至电池单体电压至1.80V。重复该步骤3次。

c、0.45C A充电至单体电压达到2.6V，以0.25C A充电8h，再以0.15C A充电3h。

d、容量检测：0.5C A放电至1.70V，然后根据放电时间分级。

e、补充电：0.4C A充电2h，以0.2C A充电2.5h，0.15C A充电2.5h，0.020C A充电2h然后抽酸。

4、对化成后的电池进行相关性能检测，结果如表2所示。

对比例1

12Ah电池

1、待化成电池采用真空加酸机自动加酸，加入的硫酸溶液的密度为1.250/ml，温度为15℃。然后在10℃冷却水中静置0.5h，使电池内部温度降低，同时使硫酸电解液浸透极板。

2、将电池放置在33℃恒温水浴槽中，静置30min。

3、按照常规工艺进行化成，工艺步骤参见表1。

表1低密度化成工艺

步骤	模式	电流/A	时间/h	步骤	模式	电流/A	时间/h
								1	充电	1.8	1	12	充电	3	4
2	充电	3	10	13	放电	6	1.67
								3	放电	2.6	0.5	14	充电	3	5
4	充电	3	4	15	充电	2.5	4
								5	放电	4.8	0.5	16	充电	2	5.5
6	充电	3	4	17	静置	0	0.18
								7	放电	4.8	0.67	18	放电	6	2
8	充电	3	4	19	充电	3	5
								9	放电	4.8	0.67	20	充电	2	4
10	充电	3	4	21	充电	1.4	2
								11	放电	6	0.67	22	充电	0.3	3

4、对化成后的电池进行相关性能检测，结果如表2所示。

表2

从表2的检测结果表明，采用本方法可将化成时间由66h缩短至43-48h，化成效率提高30％左右，即使加酸密度为1.255-1.275g/ml也可获得良好的化成效果。

Claims (9)

1.一种铅蓄电池快速化成方法，其特征在于，将加酸后的待化成电池置于恒温水浴中进行化成，所述化成包括以下步骤：

(1)以电流梯度递增的方式充电至单体电压达到析气电位，再以电流梯度递减的方式充电至电压达到2.7-2.9V/单格，然后以0.4C-0.75C的电流放电至达到终止电压；

(2)以0.35C-0.6C的电流充电至单体电压达到析气电位，再以0.1C-0.3C的电流充电至电压达到2.7-2.9V/单格，然后以0.4C-0.75C的电流放电至达到终止电压；

(3)重复步骤(2)若干次；

(4)以电流递减的方式恒流充电至电池电压达到2.75V-2.9V/单格，再进行容量检测；

(5)以电流递减的方式恒流补充电，再浮充电至电压稳定；

步骤(1)中，充电的电流以梯度递增的方式从0.05C-0.08C增至0.2C-0.25C，再以梯度递减的方式降至0.1C-0.15C，每次增加或减少0.05C-0.1C。

2.如权利要求1所述的铅蓄电池快速化成方法，其特征在于，待化成电池中加入的电解液的酸密度为1.245-1.275g/mL。

3.如权利要求1所述的铅蓄电池快速化成方法，其特征在于，待化成电池中加入的电解液的温度为0-15℃。

4.如权利要求1所述的铅蓄电池快速化成方法，加酸后的待化成电池先置于0℃-20℃的冷水浴中冷却后再置于恒温水浴中进行化成。

5.如权利要求1所述的铅蓄电池快速化成方法，其特征在于，所述恒温水浴的温度为33℃-38℃。

6.如权利要求1所述的铅蓄电池快速化成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述充电包括：以0.05C-0.08C充电1-3h，0.1C-0.15C充电2-4h，0.2C-0.25C充电3-7h，0.15-0.2C电流充电2-5h，0.1C-0.15C电流充电2-4h。

7.如权利要求1所述的铅蓄电池快速化成方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的恒流充电包括：先以0.35C-0.6C的电流充电至单体电压达到析气电位，再依次以0.2C-0.3C、0.1C-0.15C的电流充电至电池电压达到2.75V-2.9V/单格。

8.如权利要求1所述的铅蓄电池快速化成方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的补充电的充电量为电池额定容量的1.2-1.5倍。

9.如权利要求1所述的铅蓄电池快速化成方法，其特征在于，所述化成依次包括以下步骤：

(1)以0.08C充电1-2h，0.15C充电2-3h，0.25C充电3-5h，0.2C A电流充电2-3h，0.15C电流充电2-3h；然后以0.4C-0.75C的电流放电至电压达到1.7-1.8V/单格；

(2)以0.4C-0.45C充电至电压达到2.5-2.6V/单格，再以0.25C充电1-2h，然后以0.4C-0.75C的电流放电至电压达到1.7-1.8V/单格；

(3)重复步骤(2)两次；

(4)以0.35C-0.4C充电至电压达到2.5-2.6V/单格，再以0.25C充电6-10h，0.15C充电3-5h；0.2C-0.5C放电至电压达到1.7-1.8V/单格，根据放电时间对电池进行分级；

(5)以0.4C充电1.25-2h，再以0.2C充电2-3h，0.15C充电2-3h；0.02C充电2-3h，抽酸，化成结束。