CN114665235B - 一种pvc隔板胶体蓄电池的化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种PVC隔板胶体蓄电池的化成方法。本发明采用的技术方案是：一种PVC隔板胶体蓄电池的化成方法，优先采用酸胶预混式真空注液工艺，通过计算精准控制注酸质量m1和注胶质量m胶，一次性完成注酸和注胶，电池化成结束后不需要抽酸。同时通过配合先小后大再小电流充电的化成程序，化成期间多次大电流放电快速去极化，确保胶体溶液能够均匀凝固，酸胶不产生分层现象，能够提高电池的使用寿命。

Description

一种PVC隔板胶体蓄电池的化成方法
技术领域
本发明涉及电池领域，具体涉及一种PVC隔板胶体蓄电池的化成方法。
背景技术
目前，PVC隔板胶体蓄电池已广泛应用于通信系统、电力系统、储能系统、轨道交通系统和数据中心。
传统的胶体蓄电池先将低密度的硫酸溶液加入电池进行化成，化成后期将电解液密度调高后放电储酸，硫酸密度下降至1.050~1.100g/cm3左右时将所有硫酸溶液全部倒出，再将预先配置好的胶体母液加入电池内部，恢复充电后逐步触变凝胶。此类倒酸加胶工艺复杂，化成周期较长，且需要拆线并采用专用设备将电池翻转倒酸，给生产带来了巨大的困难。同时，为了保证凝胶效果，加胶量往往会过量，这样导致极群上表面覆盖较厚的一层胶状物，一方面不利于电池散热，影响电池使用寿命，另一方面也会造成成本浪费。
某些胶体蓄电池制造商为了避免倒酸加胶工艺带来的不便，直接采用酸胶预混式过量注液方法，在化成结束后，抽出多余的游离态硫酸溶液。此类方法，由于对酸量和胶量配比掌控不足，很容易造成一部分酸胶溶液提前凝固，产生电解液分层，仍然没有解决酸分层的问题，电池循环寿命无法得到提升。同时，抽酸时回抽走一部分胶体，会造成成本浪费，尤其是电池内部的游离酸无法完全抽净，PVC隔板吸酸饱和度在100％，电池内部无法形成氧循环的通道，导致电池在使用初期电池密封反应效率失效，蓄电池的充电接受能力较低，容量衰减增大，严重影响电池的使用寿命。由于氧气无法消耗，电池内部会产生正压，排气时会将电池内部多余的酸液从阀口带出，导致电池漏液事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种PVC隔板胶体蓄电池的化成方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，提供一种PVC隔板胶体蓄电池的化成方法，优先采用酸胶预混式真空注液工艺，通过计算精准控制注酸质量m1和注胶质量m胶，一次性完成注酸和注胶，电池化成结束后不需要抽酸。同时通过配合先小后大再小电流充电的化成程序，化成期间多次大电流放电快速去极化，确保胶体溶液能够均匀凝固，酸胶不产生分层现象，能够提高电池的使用寿命。
一种PVC隔板胶体蓄电池的化成方法, 计算精准控制注酸质量m1和注胶质量m胶，其步骤如下：
(1)已知胶体蓄电池化成完成后胶浓度为w2，w2取值范围为6%~8%；
(2)已知胶体蓄电池正极板片数n，负极板片数n+1，单片正极板铅膏体积为V正，负极板铅膏体积为V负，正极板铅膏孔隙率为G正，负极板铅膏孔隙率为G负，计算胶体蓄电池极板存液体积：
V极板=n×V正×G正+（n+1）×V负×G负 ①；
(3)已知单片正极板和膏加酸质量为m正，单片正极板和膏加酸质量为m负，极板固化后SO4 2-转化为PbSO4，在电池完成化成后又转化成硫酸，转化率为α，计算胶体蓄电池极板含酸量：
m极板=n×m正×α+（n+1）×m负×α ②;
(4)已知胶体蓄电池PVC隔板片数为2n，单片隔板的体积为V隔，PVC隔板在电池壳体内压缩比为ω，隔板的存液率为β，计算胶体蓄电池PVC隔板存液体积：
V隔板=2n×V隔×（1-ω）×β ③；
(5)确定胶体蓄电池的化成程序，设计电池在化成过程中总的充电量Q=7C，同时通过试验确定该化成程序下每安时充电量导致电解液失水量为0.2克，进而计算胶体蓄电池化成失水量m失水：
m失水=0.2Q=1.4C ④;
注：C表示蓄电池的额定容量安时数；
(6)已知化成前注入的气相二氧化硅母胶浓度为20%，密度为1.1g/cm3，稀硫酸密度为ρ1，对应的浓度为c1，主要目的是求出注酸质量m1和注胶质量m胶。
注：实际注酸和注胶温度均控制在5~15℃，防止化成时极板温升过高导致胶体溶液提前凝固；
(7)化成前后过程中存在的等式关系有：
a.化成前注入的气相二氧化硅母胶和稀硫酸在化成失水后的体积等同于胶体蓄电池极板和隔板存液体积，即：
k×（）-=V极板+V隔板 ⑤;
注：k为母胶与稀硫酸混合后体积变化系数，k值一般为0.97~0.99；
b.胶体蓄电池化成完成胶浓度：
W2=⑥;
c.胶体蓄电池化成完成稀硫酸密度为ρ2(25℃)，对应的浓度：
c2= ⑦;
控制ρ2值范围1.270~1.290g/cm3，换算c2值范围36.62%~38.95%，该密度范围一方面能够满足蓄电池的基本容量要求，同时低密度的电解液不易对板栅合金产生腐蚀；
等式中c2与c1成正比例关系，即c2与ρ1成正比例关系，若c2值过高则需要适当降低注入的稀硫酸密度ρ1，反之c2过低则需要适当增加注入的稀硫酸密度ρ1；
(8)通过①②③④⑤⑥等式关系，计算注酸质量m1和注胶质量m胶，最终实现胶体蓄电池定量注酸注胶。同时控制注入的稀硫酸密度高低，确保完成电解液密度在1.270~1.290g/cm3内；
(9)PVC隔板胶体蓄电池的化成程序，其步骤如下：
a、恒流充电：充电电流0.04C A，充电时间7 h；
b、恒流充电：充电电流0.15C A，充电时间16 h，静置0.3 h；
c、恒流放电：放电电流-0.12C A，放电时间1 h；
d、恒流充电：充电电流0.15C A，充电时间3.2 h，静置0.3 h；
e、恒流放电：放电电流-0.12C A，放电时间1.2 h；
f、恒流充电：充电电流0.15C A，充电时间6.4 h，静置0.3 h；
g、恒流放电：放电电流-0.12C A，放电时间2 h；
h、恒流充电：充电电流0.06C A，充电时间24 h，静置0.3 h；
i、恒流放电：放电电流-0.12C A，放电时间3 h；
j、恒流充电：充电电流0.06C A，充电时间24 h，完成化成，安装好排气阀；
k、测试胶体蓄电池的相关指标合格，结束。
注：C表示蓄电池的额定容量安时数，A表示安培，h表示小时。
本发明的有益效果为：采用酸胶预混式真空注液工艺，通过计算能够准确掌控注酸量和注胶量配比，设计注入电解液用量，一次性完成注酸和注胶；工艺简单，不需要调酸和倒酸加胶，化成结束后不需要抽酸操作。本发明要求化成完成后胶浓度在6%~8%，稀硫酸密度控制在1.270~1.290g/cm3(25℃)内，配合特有的化成程序，电池的凝胶效果好，成品电池密封反应效率在99%以上，充电接受能力高，低密度的电解液不易对板栅合金产生腐蚀，蓄电池浮充使用寿命提升25%，循环使用寿命提升30%以上；采用先小后大再小电流充电的化成程序，化成周期短，仅有89h，比胶体蓄电池传统的化成时间缩短了50~100h。本发明胶体蓄电池化成前期采用0.04C小电流充电，防止极板初期剧烈反应发热导致胶体溶液提前凝固，同时避免发热引起壳体鼓胀；接着采用0.15C大电流充电，使极板前期快速化成，同时大电流充电会产生大量的气体对胶体溶液进行搅拌，防止胶体溶液提前凝固；后期再采用小电流充电，有利于铅膏后续充分转化为活性物质化成，同时小电流充电不会产生大量的气体，有利于胶体溶液均匀凝固；期间采用0.12C大电流放电，有利于极板快速去极化，提高电池化成充电接受能力。
具体实施方式
现结合实例，对本发明做进一步说明。实例仅限于说明本发明，而非对本发明的限定。
实施例一
一种6-GFMJ-100 PVC隔板胶体蓄电池的化成方法，一方面通过计算精准控制注酸质量m1和注胶质量m胶。具体实施方法为：
(1)已知胶体蓄电池化成完成后胶浓度为w2，w2值为6.2%；
(2)已知胶体蓄电池正极板片数7，负极板片数8，单片正极板铅膏体积为45.12cm3，负极板铅膏体积为32.86cm3，正极板铅膏孔隙率为58.3%，负极板铅膏孔隙率为56.9%，计算胶体蓄电池极板存液体积：
(cm3) ①；
(3)已知单片正极板和膏加酸质量为9g，单片正极板和膏加酸质量为7g，极板固化后SO4 2-转化为PbSO4，在电池完成化成后又转化成硫酸，转化率为95%，计算胶体蓄电池极板含酸量：
(g) ②；
(4)已知胶体蓄电池PVC隔板片数为14，单片隔板的体积为69.92cm3(隔板长16.6cm×宽16.2cm×厚0.26cm)，PVC隔板在电池壳体内压缩比为5%，隔板的存液率为75.6%，计算胶体蓄电池PVC隔板存液体积：
(cm3) ③；
(5)确定胶体蓄电池化成的程序，胶体蓄电池在化成过程中总的充电量Q=700 Ah，试验确定每安时充电量导致电解液失水量为0.2克，计算胶体蓄电池化成失水量：
(g) ④；
(6)已知化成前注入的气相二氧化硅母胶浓度为20%，密度为1.1g/cm3(25℃)，稀硫酸密度为1.33g/cm3 (25℃)，对应的浓度为43.49%，主要目的是求出注酸质量m1和注胶质量m胶；
(7)化成前后过程中存在的等式关系有：
a.化成前注入的气相二氧化硅母胶和稀硫酸在化成失水后的体积等同于胶体蓄电池极板和隔板存液体积，即：
k×（）-=V极板+V隔板
即0.98×（）-140=333.74+703.02 ⑤；
k为母胶与稀硫酸混合后体积变化系数，k值为0.98。
b.胶体蓄电池化成完成胶浓度：
W2=即6.2%=⑥；
c.胶体蓄电池化成完成稀硫酸密度为ρ2(25℃)，对应的浓度：
c2= =⑦；
(8)通过①②③④⑤⑥等式关系，得出等式关系如下：
(g) ⑧，
(g) ⑨；
计算注酸质量m1=1044.5g和注胶质量m胶=457g，最终实现胶体蓄电池定量注酸注胶。
计算胶体蓄电池化成完成稀硫酸浓度为：
c2==38.47%，
对应密度为1.286g/cm3(25℃)，满足完成电解液密度在1.270~1.290g/cm3(25℃)内。
(9)PVC隔板胶体蓄电池的化成程序，其步骤如下：
a、恒流充电：充电电流4 A，充电时间7 h；
b、恒流充电：充电电流15 A，充电时间16 h，静置0.3 h；
c、恒流放电：放电电流-12 A，放电时间1 h；
d、恒流充电：充电电流15 A，充电时间3.2 h，静置0.3 h；
e、恒流放电：放电电流-12 A，放电时间1.2 h；
f、恒流充电：充电电流15 A，充电时间6.4 h，静置0.3 h；
g、恒流放电：放电电流-12 A，放电时间2 h；
h、恒流充电：充电电流6 A，充电时间24 h，静置0.3 h；
i、恒流放电：放电电流-12 A，放电时间3 h；
j、恒流充电：充电电流6 A，充电时间24 h，完成化成，安装好排气阀；
k、测试胶体蓄电池的相关指标合格，结束。
本实施例的一种6-GFMJ-100 PVC隔板胶体蓄电池密封反应效率在99.0%以上，比传统胶体蓄电池的浮充使用寿命提升25%，循环使用寿命提升30%以上。试验对比数据如下表：
实施例二
一种6-GFMJ-150 PVC隔板胶体蓄电池的化成方法，一方面通过计算精准控制注酸质量m1和注胶质量m胶。具体实施方法为：
(1)已知胶体蓄电池化成完成后胶浓度为w2，w2值为6.5%；
(2)已知胶体蓄电池正极板片数11，负极板片数12，单片正极板铅膏体积为45.12cm3，负极板铅膏体积为32.86cm3，正极板铅膏孔隙率为58.3%，负极板铅膏孔隙率为56.9%，计算胶体蓄电池极板存液体积：
(cm3) ①；
(3)已知单片正极板和膏加酸质量为9g，单片正极板和膏加酸质量为7g，极板固化后SO4 2-转化为PbSO4，在电池完成化成后又转化成硫酸，转化率为95%，计算胶体蓄电池极板含酸量：
(g) ②；
(4)已知胶体蓄电池PVC隔板片数为22，单片隔板的体积为60.51cm3(隔板长16.6cm×宽16.2cm×厚0.225cm)，PVC隔板在电池壳体内压缩比为5%，隔板的存液率为74.8%，计算胶体蓄电池PVC隔板存液体积：
(cm3) ③；
(5)确定胶体蓄电池化成的程序，胶体蓄电池在化成过程中总的充电量Q=1050Ah，试验确定每安时充电量导致电解液失水量为0.2克，计算胶体蓄电池化成失水量：
(g) ④；
(6)已知化成前注入的气相二氧化硅母胶浓度为20%，密度为1.1g/cm3(25℃)，稀硫酸密度为1.33g/cm3 (25℃)，对应的浓度为43.49%，主要目的是求出注酸质量m1和注胶质量m胶；
(7)化成前后过程中存在的等式关系有：
a.化成前注入的气相二氧化硅母胶和稀硫酸在化成失水后的体积等同于胶体蓄电池极板和隔板存液体积，即：
k×（）-=V极板+V隔板
即0.98×（）-210=513.75+945.92 ⑤；
k为母胶与稀硫酸混合后体积变化系数，k值为0.98。
b.胶体蓄电池化成完成胶浓度：
W2=即6.5%=⑥；
c.胶体蓄电池化成完成稀硫酸密度为ρ2(25℃)，对应的浓度：
c2==⑦；
(8)通过①②③④⑤⑥等式关系，得出等式关系如下：
(g) ⑧
(g) ⑨
计算注酸质量m1=1445.6g和注胶质量m胶=678.6g，最终实现胶体蓄电池定量注酸注胶。
计算胶体蓄电池化成完成稀硫酸浓度为
c2==38.43%，
对应密度为1.2855g/cm3(25℃)，满足完成电解液密度在1.270~1.290g/cm3(25℃)内。
(9)PVC隔板胶体蓄电池的化成程序，其步骤如下：
a、恒流充电：充电电流6 A，充电时间7 h；
b、恒流充电：充电电流22.5 A，充电时间16 h，静置0.3 h；
c、恒流放电：放电电流-18 A，放电时间1 h；
d、恒流充电：充电电流22.5 A，充电时间3.2 h，静置0.3 h；
e、恒流放电：放电电流-18 A，放电时间1.2 h；
f、恒流充电：充电电流22.5 A，充电时间6.4 h，静置0.3 h；
g、恒流放电：放电电流-18 A，放电时间2 h；
h、恒流充电：充电电流9 A，充电时间24 h，静置0.3 h；
i、恒流放电：放电电流-18 A，放电时间3 h；
j、恒流充电：充电电流9 A，充电时间24 h，完成化成，安装好排气阀；
k、测试胶体蓄电池的相关指标合格，结束。
本实施例的一种6-GFMJ-150 PVC隔板胶体蓄电池密封反应效率在99.0%以上，比传统胶体蓄电池的浮充使用寿命提升25%，循环使用寿命提升30%以上。试验对比数据如下表：
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种PVC隔板胶体蓄电池的化成方法，其特征在于：采用酸胶预混式真空注液工艺，通过计算精准控制注酸质量m1和注胶质量m胶，其步骤如下：
(1)已知胶体蓄电池化成完成后胶浓度为w2，w2取值范围为6%~8%；
(2)已知胶体蓄电池正极板片数n，负极板片数n+1，单片正极板铅膏体积为V正，负极板铅膏体积为V负，正极板铅膏孔隙率为G正，负极板铅膏孔隙率为G负，计算胶体蓄电池极板存液体积：
V极板=n×V正×G正+（n+1）×V负×G负 ①；
(3)已知单片正极板和膏加酸质量为m正，单片正极板和膏加酸质量为m负，极板固化后SO4 2-转化为PbSO4，在电池完成化成后又转化成硫酸，转化率为α，计算胶体蓄电池极板含酸量：
m极板=n×m正×α+（n+1）×m负×α ②;
(4)已知胶体蓄电池PVC隔板片数为2n，单片隔板的体积为V隔，PVC隔板在电池壳体内压缩比为ω，隔板的存液率为β，计算胶体蓄电池PVC隔板存液体积：
V隔板=2n×V隔×（1-ω）×β ③；
(5)确定胶体蓄电池的化成程序，设计电池在化成过程中总的充电量Q=7C，同时通过试验确定该化成程序下每安时充电量导致电解液失水量为0.2克，进而计算胶体蓄电池化成失水量m失水：
m失水=0.2Q=1.4C ④;
(6)已知化成前注入的气相二氧化硅母胶浓度为20%，密度为1.1g/cm3，稀硫酸密度为ρ1，对应的浓度为c1，主要目的是求出注酸质量m1和注胶质量m胶；
注酸和注胶温度均控制在5~15℃，防止化成时极板温升过高导致胶体溶液提前凝固；
(7)化成前后过程中存在的等式关系有：
a.化成前注入的气相二氧化硅母胶和稀硫酸在化成失水后的体积等同于胶体蓄电池极板和隔板存液体积，即：
k×（）-=V极板+V隔板 ⑤;
k为母胶与稀硫酸混合后体积变化系数，k值的范围为0.97~0.99；
b.胶体蓄电池化成完成胶浓度：
W2=⑥;
c.胶体蓄电池化成完成稀硫酸密度为ρ2，对应的浓度：
c2= ⑦;
控制ρ2值范围1.270~1.290g/cm3，换算c2值范围36.62%~38.95%，该密度范围一方面能够满足蓄电池的基本容量要求，同时低密度的电解液不易对板栅合金产生腐蚀；
等式中c2与c1成正比例关系，即c2与ρ1成正比例关系，若c2值过高则需要适当降低注入的稀硫酸密度ρ1，反之c2过低则需要适当增加注入的稀硫酸密度ρ1；
(8)通过①②③④⑤⑥等式关系，计算注酸质量m1和注胶质量m胶，最终实现胶体蓄电池定量注酸注胶；同时控制注入的稀硫酸密度高低，确保完成电解液密度在1.270~1.290g/cm3内；
(9)PVC隔板胶体蓄电池的化成程序，其步骤如下：
a、恒流充电：充电电流0.04C A，充电时间7 h；
b、恒流充电：充电电流0.15C A，充电时间16 h，静置0.3 h；
c、恒流放电：放电电流-0.12C A，放电时间1 h；
d、恒流充电：充电电流0.15C A，充电时间3.2 h，静置0.3 h；
e、恒流放电：放电电流-0.12C A，放电时间1.2 h；
f、恒流充电：充电电流0.15C A，充电时间6.4 h，静置0.3 h；
g、恒流放电：放电电流-0.12C A，放电时间2 h；
h、恒流充电：充电电流0.06C A，充电时间24 h，静置0.3 h；
i、恒流放电：放电电流-0.12C A，放电时间3 h；
j、恒流充电：充电电流0.06C A，充电时间24 h，完成化成，安装好排气阀；
k、测试胶体蓄电池的相关指标合格，结束。
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