CN111092270B - 一种铅蓄电池化成工艺优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铅蓄电池化成工艺优化方法，包括三次充放电循环，然后进行补充电并浮充抽酸完成化成。本申请铅蓄电池化成工艺优化方法，通过电位控制，对不同型号的铅蓄电池进行化成，该方法不受活性物质比例，极板厚度影响。该方法化成效率高，化成时间短，化成能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及铅蓄电池生产技术领域，特别是涉及一种铅蓄电池化成工艺优化方法。
背景技术
铅酸蓄电池化成工艺经过多年发展，化成时间不断缩短和化成能耗不断降低，但创新和发展的脚步仍然未停止。铅酸电池化成工艺要求化成时间更短、化成能耗更低。
铅酸蓄电池化成一般有两种方式，一种是通过电压控制，另一种是通过时间控制。电池控制法，化成过程中的电压是受正负极活性物质比例、电解液密度、电解液温度影响。一般正负极活性物质设计比例＞1，负极导电性优于正极，因此负极电位升高较快，优先正极达到析气电位。不同类型电池，在相同电压下，正负极电位不同；不同温度下，电压相同时，正负极电位不同。因此，通过电位或者时间控制化成，不易准确控制电池化成。
在正负极活性物质比例发生较大变化，电解液密度有较大变化或电池结构设计变化的情况下，电位控制法和时间控制法的化成工艺就不适用或者需要消耗更多能耗。
比如，公开号CN101673844一种阀控铅酸蓄电池内化成的方法，用于解决阀控铅酸蓄电池内化成耗时长、生产周期长的问题。所述方法按照下述步骤进行：a.一次充电：充电时间为7.5h，电流1.7-1.9A；b.一次放电：放电时间为1h、电流1.36-1.52A；c.二次充电：充电时间为5h，电流1.7-1.9A；d.二次放电：放电时间为2h、电流1.36-1.52A；e.三次充电：充电时间为6h，电流1.7-1.9A。本发明提供电流强度与化成时间的最佳配比，并控制过程水温，使极板充分化成，形成优化的12V7Ah阀控铅酸蓄电池内化成工艺，使蓄电池化成时间比现有技术缩短一倍，在节约能耗同时大大提高生产效率。
公开号CN103943893A本发明涉及一种闭阀充电式阀控密封铅酸蓄电池内化成工艺，阀控密封式蓄电池加酸，加酸后蓄电池放到水浴中降温，蓄电池静止2-4h，蓄电池静止之后盖好安全阀并粘接好蓄电池盖片并与充电机连接，蓄电池内化成工艺分为三个阶段。本发明采用的闭阀充电式阀控密封铅酸蓄电池内化成工艺在蓄电池化成过程由于采用了定量加酸，电池加完酸后无富余酸，电池内化成后无需抽酸；电池内化成过程中始终采用单向密封阀控制酸雾排出，并去掉了电池内化成之后的抽酸过程，降低了酸雾及处理抽出的富余酸对环境的影响；本发明的内化成工艺简化了操作，降低了生产成本，不会由于极板化成产生废水，减少了环境污染，提高了生产效率。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种铅蓄电池化成工艺优化方法，通过电位控制，对不同型号的铅蓄电池进行化成，该方法不受活性物质比例，极板厚度影响。该方法化成效率高，化成时间短，化成能耗低。
一种铅蓄电池化成工艺优化方法，包括以下步骤：
取某一型号的铅蓄电池，加酸前在每个单格的汇流排上打入作为检测电极用的铜钉，铅蓄电池安装加酸壶进行加酸，在加酸壶中插入参比电极和温度传感器，然后进行化成，
(1)第一次充电：电流在0.05C～0.4C范围内梯度提高，若电解液温度低于45℃，充电直至负极电位达到-1.40V；若电解液温度达到45℃而负极电位未达到-1.40V，则将充电电流控制在0.15C～0.25C继续充电至负极电位达到-1.40V；
(2)第一次放电：以额定电流I2放电至正极电位达到0.95V；
(3)第二次充电：以0.35C-0.5C电流充电至负极电位达到-1.40V，再以0.2C-0.3C继续充电，直至正极电位达到1.30V，
若充电过程中正极连续2h电位变化小于15mV，则以额定电流I2放电至正极电位0.95V，然后以0.35C-0.5C电流快速充电至负极电位达到-1.40V，再以0.2C-0.3C继续充电，直至正极电位达到1.30V；
(4)第二次放电：以额定电流I2放电至正极电位达到0.95V；
(5)第三次充电：以0.35C-0.5C电流充电至负极电位达到-1.40V，以0.2C-0.3C电流充电至正极电位达到1.35V，然后以0.15C-0.25C电流充电直至连续2h内正极电位变化小于15mV；
(6)第三次放电：以额定电流I2放电至单体平均电压1.75V；
(7)补充电；
(8)浮充、抽酸，完成电池化成。
步骤(1)中，刚开始，板栅与活性物质之间内阻较大，电池极板导电性很差，电池内阻较大，采用小电流使正负板栅与腐蚀层、腐蚀层与活性物质之间形成导电性良好的活性物质，若采用电流过大，一方面会在板栅与腐蚀层之间形成氧化层，增加板栅与活性物质之间内阻；另一方面，电流过大会导致发热严重，板栅与活性物质之间应力变大，增加后期循环活性物质脱离板栅的风险。
优选的，步骤(1)中，以0.05C-0.075C电流充电0.5-2h，以0.075C-0.10C电流充电0.5-2h，以0.10C-0.15C电流充电0.5-2h，以0.15-0.25C电流充电0.5-2h，
以0.25C-0.4C电流继续充电，若电解液温度低于45℃则继续充电，直至负极电位达到-1.40V；若电解液温度达到45℃，负极电位未达到-1.40V，则充电电流降低至0.15C-0.25C继续充电至负极电位达到-1.40V。
额定电流I2为电池两小时率放电电流，对于常用的电池型号为6-DZF-20的电池，额定电流I2的电流为10A。
对于步骤(3)第二次充电，在正极电位达到1.30V之前，虽然电池内部产生气体，但对正极化成效率没有明显影响，此时产生的气体为氢气，氢气的产生降低了电解液中H+离子的浓度，有利于正极化成。但产生的气体会造成负极发热，因此要降低电流。若在该步骤中，前期0.2-0.3C充电时，电位很快达到1.30V，则无需下面放电充电。若在该步骤中，前期0.2-0.3C充电，在电位达到1.30V之前，电位2h变化小于15mV，就要放电，因为这时候极化严重，电位变化很慢，需要很长时间，基本上是分解水，所以需要进行判定，对达到判定条件的电池进行放电操作，放电后，就要补充电，快速充电至负极达到-1.40V，大电流充电节省时间，且控制电位不至于破坏活性物质结构，然后再减小电流充电至正极达到1.30V。
优选的，步骤(7)补充电方法为：以0.35C-0.5C电流快速充电至电池单格电压达到2.75V，再以0.2C-0.3C继续充电1h，以0.1C-0.2C充电3-5h。进一步优选的，步骤(7)补充电补充电量为额定容量的1.2～1.4倍。传统化成工艺补充电量在1.8C-2.2C之间，充入多余的电量一部分用于PbO2转化，一部分用于分解水，这样导致前一步配组档位打乱，致使配组分档工作精度减弱。如果在化成PbO2含量和Pb含量稳定后，减少补充电量，则可以提高配组分档精准度。
步骤(8)浮充、抽酸方法为：以0.02C-0.04C电流浮充2h-4h，抽出多余的电解液。
化成完成后，根据步骤(6)放电结果进行配组分档，配组分档时，将放电电压10.5V的电池按时间排序，时间间隔30S以内的配为一组。
所述参比电极为硫酸亚汞电极、硫酸银电极或者硫酸镉电极。优选所述参比电极为硫酸亚汞电极。
本申请铅蓄电池化成工艺优化方法，通过电位控制，对不同型号的铅蓄电池进行化成，该方法不受活性物质比例，极板厚度影响。该方法化成效率高，化成时间短，化成能耗低。
附图说明
图1为100％DoD循环寿命检测结果图，其中检测实施例3和对比例1中方法化成后的铅蓄电池各两只。
具体实施方式
实施例1
电池型号是6-DZF-20电池。
加酸前在每个单格的汇流排上打入作为检测电极用的铜钉，铅蓄电池安装加酸壶进行加酸，在加酸壶中插入参比电极和温度传感器(参比电极与温度传感器的检测端均浸入电解液中)，参比电极为硫酸亚汞电极，然后进行化成。
化成优化步骤如下：
第一次充电：1.5A充电0.5h，2A充电0.5h，3A充电2h，5A充电2h，8A充电2h，温度达到45℃，5A充电2h，负极电位达到-1.40V。
第一次放电：10A放电至正极电位到0.95V，放电0.25h。
第二次充电：10A充电至负极达到-1.40V，充电时间0.2h；6A充电2h电位变化小于15mV，充电时间5.5h；
10A放电至正极达到0.95V，放电时间1.1h，10A充电至负极达到-1.40V，时间0.88h，4A充电至正极达到1.30V，充电时间7.5h。
第二次放电：10A放电至正极电位到0.95V，放电1.15h。
第三次充电：10A充电至负极达到-1.40V，充电时间0.9h；6A充电至正极电位达到1.35V，充电时间2h，4A充电直至2h内正极电位变化小于15mV，用时5h。
第三次放电：10A放电至平均电压小于10V，放电时间约2h；以10.5V电压为基准，记录电池放电时间，相同时间电池可配组。
第四次充电：10A充电至电池单格电压达到2.75V，用时1.6h；6A充电1h，2A充电3h。
浮充抽酸，0.8A充电2h，抽出多余的电解液，完成电池化成。
根据第三次放电结果进行配组分档，将放电电压10.5V的电池按时间排序，时间间隔30S以内的配为一组。
化成总时间43h，净充电量143Ah。
实施例2
电池型号是6-DZF-20电池。
加酸前在每个单格的汇流排上打入作为检测电极用的铜钉，铅蓄电池安装加酸壶进行加酸，在加酸壶中插入参比电极和温度传感器(参比电极与温度传感器的检测端均浸入电解液中)，参比电极为硫酸亚汞电极，然后进行化成。
化成优化步骤如下：
第一次充电：1.5A充电0.5h，2A充电0.5h，3A充电0.5h，5A充电2h，5A充电4.5h，温度达到45℃，3.5A充电2.5h，负极电位达到-1.40V。
第一次放电：10A放电至正极电位到0.95V，放电0.25h。
第二次充电：7A充电至负极达到-1.40V，充电时间0.5h；4A充电2h电位变化小于15mV，充电时间7.5h；
10A放电至正极达到0.95V，放电时间1h，7A充电至负极达到-1.40V，时间1.15h，5A充电至正极达到1.30V，充电时间6h。
第二次放电：10A放电至正极电位到0.95V，放电1.1h。
第三次充电：7A充电至负极达到-1.40V，充电时间1.3h；4.5A充电至正极电位达到1.35V，充电时间2.5h，3A充电直至2h内正极电位变化小于15mV，用时5.3h。
第三次放电：10A放电至平均电压小于10V，放电时间约2h；以10.5V电压为基准，记录电池放电时间，相同时间电池可配组。
第四次充电：7A充电至电池单格电压达到2.75V，用时2.3h；4A充电1h，2A充电3h。
浮充抽酸，0.5A充电2h，抽出多余的电解液，完成电池化成。
根据第三次放电结果进行配组分档，将放电电压10.5V的电池按时间排序，时间间隔30S以内的配为一组。
化成总时间47.5h，净充电量136Ah。
实施例3
电池型号是6-DZF-20电池。
加酸前在每个单格的汇流排上打入作为检测电极用的铜钉，铅蓄电池安装加酸壶进行加酸，在加酸壶中插入参比电极和温度传感器(参比电极与温度传感器的检测端均浸入电解液中)，参比电极为硫酸亚汞电极，然后进行化成。
化成优化步骤如下：
第一次充电：1.5A充电0.5h，2.5A充电0.5h，3.5A充电0.5h，4.5A充电1h，5.5A充电4.5h，温度达到45℃，4.5A充电3h，负极电位达到-1.40V。
第一次放电：10A放电至正极电位到0.95V，放电0.3h。
第二次充电：8A充电至负极达到-1.40V，充电时间0.5h；4.8A充电2h电位变化小于15mV，充电时间6.5h；
10A放电至正极达到0.95V，放电时间0.8h，8A充电至负极达到-1.40V，时间1.1h，4.8A充电至正极达到1.30V，充电时间6h。
第二次放电：10A放电至正极电位到0.95V，放电1h。
第三次充电：8A充电至负极达到-1.40V，充电时间1.2h；4.5A充电至正极电位达到1.35V，充电时间2.5h，3.5A充电直至2h内正极电位变化小于15mV，用时6h。
第三次放电：10A放电至平均电压小于10V，放电时间约2h；以10.5V电压为基准，记录电池放电时间，相同时间电池可配组。
第四次充电：8A充电至电池单格电压达到2.75V，用时2h；4A充电1h，2A充电2h.
浮充抽酸，0.5A充电2h，抽出多余的电解液，完成电池化成。
根据第三次放电结果进行配组分档，将放电电压10.5V的电池按时间排序，时间间隔30S以内的配为一组。
化成总时间46h；净充电149Ah。
对比例1
电池型号是6-DZF-20电池。
第一次充电：3.2A充电5h，4.8A充电7.5h；第一次放电：5A放电0.5h。
第二次充电：4.8A充电3.5h；第二次放电：6A放电1h。
第三次充电：4.8A充电4h；第三次放电：8A放电1h。
第四次充电：4.8A充电4.5h；第四次放电：8A放电1h。
第五次充电：4.8A充电5h；第五次放电：10A放电1h。
第六次充电：4.8A充电5h；第六次放电：10A放电1h。
第七次充电：4.8A充电6h；3.5A充电3h；第七次放电：10A放电2h。
第八次充电：4.8A充电5h；3.5A充电3h；2A充电3h。
浮充抽酸：0.5A充电2h。
根据第七次放电结果进行配组分档，将放电电压10.5V的电池按时间排序，时间间隔30S以内的配为一组。
化成时间总67.5h；净充电量186Ah。
实施例4
采用实施例3和对比例1化成工艺对6-DZF-20电池化成。为进一步说明本工艺化成优势，分别对负正干膏比为0.80和负正干膏比为0.70两种电池进行化成。如表1所示，当负正干膏比有0.80时，与对比例1工艺相比，采用实施例3方法失水量降低114g，充电量降低37Ah，化成时间降低22.5h。
当负正干膏比为0.70时，对比例1工艺显示出不适应性，失水量增加40g，开路电压上升至13.30-13.35V。采用实施例3方法化成，减少加入的酸量，与8充7放工艺相比，失水量降低110g，充电量降低37Ah，化成时间降低22.5h。
表1
2hr放电时间：在25℃环境中，恒压14.8V限流5A充电8h，10A放电至10.5V，记录放电时间。
-18℃低温放电时间：在25℃环境中，恒压14.8V限流5A充电8h，然后放置在-18℃低温箱中，10A放电至10.5V，记录放电时间。
100％DoD循环寿命：在25℃环境中，恒压14.8V限流5A充电8h，10A放电至10.5V，如此循环，直至放电时间连续3次低于96min。
表2
检测结果如表2和图1所示，实施例3工艺与对比例1工艺2hr放电时间、-18℃低温放电时间无明显差异，100％DoD循环寿命实施例3工艺比对比例循环更稳定，循环过程放电时间更长。
综上所述；采用本申请优化方法，可以缩短20多个小时，大大提高化成效率。另外，净充电量降低37Ah以上，大大降低能耗，节约了社会资源。电池检测性能还优于对比例化成工艺。
Claims (9)
1.一种铅蓄电池化成工艺优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
取某一型号的铅蓄电池，加酸前在每个单格的汇流排上打入作为检测电极用的铜钉，铅蓄电池安装加酸壶进行加酸，在加酸壶中插入参比电极和温度传感器，然后进行化成，
(1)第一次充电：电流在0.05C～0.4C范围内梯度提高，若电解液温度低于45℃，充电直至负极电位达到-1.40V；若电解液温度达到45℃而负极电位未达到-1.40V，则将充电电流控制在0.15C～0.25C继续充电至负极电位达到-1.40V；
(2)第一次放电：以额定电流I2放电至正极电位达到0.95V；
(3)第二次充电：以0.35C-0.5C电流充电至负极电位达到-1.40V，再以0.2C-0.3C继续充电，直至正极电位达到1.30V，
若充电过程中正极连续2h电位变化小于15mV，则以额定电流I2放电至正极电位0.95V，然后以0.35C-0.5C电流快速充电至负极电位达到-1.40V，再以0.2C-0.3C继续充电，直至正极电位达到1.30V；
(4)第二次放电：以额定电流I2放电至正极电位达到0.95V；
(5)第三次充电：以0.35C-0.5C电流充电至负极电位达到-1.40V，以0.2C-0.3C电流充电至正极电位达到1.35V，然后以0.15C-0.25C电流充电直至连续2h内正极电位变化小于15mV；
(6)第三次放电：以额定电流I2放电至单体平均电压1.75V；
(7)补充电；
(8)浮充、抽酸，完成电池化成。
2.如权利要求1所述的铅蓄电池化成工艺优化方法，其特征在于，步骤(1)中，以0.05C-0.075C电流充电0.5-2h，以0.075C-0.10C电流充电0.5-2h，以0.10C-0.15C电流充电0.5-2h，以0.15-0.25C电流充电0.5-2h，
以0.25C-0.4C电流继续充电，若电解液温度低于45℃则继续充电，直至负极电位达到-1.40V；若电解液温度达到45℃，负极电位未达到-1.40V，则充电电流降低至0.15C-0.25C继续充电至负极电位达到-1.40V。
3.如权利要求1所述的铅蓄电池化成工艺优化方法，其特征在于，额定电流I2的电流为10A。
4.如权利要求1所述的铅蓄电池化成工艺优化方法，其特征在于，步骤(7)补充电方法为：以0.35C-0.5C电流快速充电至电池单格电压达到2.75V，再以0.2C-0.3C继续充电1h，以0.1C-0.2C充电3-5h。
5.如权利要求4所述的铅蓄电池化成工艺优化方法，其特征在于，步骤(7)补充电补充电量为额定容量的1.2～1.4倍。
6.如权利要求1所述的铅蓄电池化成工艺优化方法，其特征在于，步骤(8)浮充、抽酸方法为：以0.02C-0.04C电流浮充2h-4h，抽出多余的电解液。
7.如权利要求1所述的铅蓄电池化成工艺优化方法，其特征在于，化成完成后，根据步骤(6)放电结果进行配组分档，配组分档时，将放电电压10.5V的电池按时间排序，时间间隔30S以内的配为一组。
8.如权利要求1所述的铅蓄电池化成工艺优化方法，其特征在于，所述参比电极为硫酸亚汞电极、硫酸银电极或者硫酸镉电极。
9.如权利要求8所述的铅蓄电池化成工艺优化方法，其特征在于，所述参比电极为硫酸亚汞电极。
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