測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法，包括以下步驟：（1）對待測超細(xì)玻璃纖維隔板、純鉛片進(jìn)行裁剪處理，用以制備測試電池；（2）對測試電池進(jìn)行恒流充電，測繪電壓-時(shí)間曲線，獲得從開始充電到發(fā)生短路的時(shí)間值；（3）測定測試電池在恒流充電時(shí)的電壓變化，通過測得的這些數(shù)值判斷超細(xì)玻璃纖維隔板是否容易發(fā)生短路。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)一種模擬電池的化成充電條件的裝置，以判斷AGM隔板是否在電池內(nèi)化成充電過程容易導(dǎo)致短路，從而快速判斷和挑選出合適的閥控式鉛酸蓄電池用AGM隔板。該方法操作過程簡單，實(shí)驗(yàn)儀器簡單易得，明顯縮短了檢測周期，值得推廣。
【專利說明】測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池隔板短路的檢測領(lǐng)域，具體涉及一種測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鉛酸蓄電池正負(fù)極生板主要是由氧化鉛(PbO)，堿式硫酸鉛(3Pb0.PbSO4.H2O或4Pb0*PbS04)、硫酸鉛(PbSO4)和少量游離鉛組成，生產(chǎn)過程通過化成充電使正、負(fù)極分別轉(zhuǎn)化為二氧化鉛(PbO2)和金屬海綿鉛(Pb)活性物質(zhì)，目前化成主要有外化成和內(nèi)化成兩種方法。在通電化成之前，極板需要先進(jìn)行1-2小時(shí)的浸酸過程，使氧化鉛轉(zhuǎn)化為堿式硫酸鉛和硫酸鉛，同時(shí)生成水，并在極群組的不同部位產(chǎn)生H2SO4梯度和放出大量熱。由于閥控式鉛酸蓄電池采用緊裝配結(jié)構(gòu)，熱比容低，反應(yīng)產(chǎn)生的熱又不能及時(shí)散去，使電池內(nèi)部溫度急劇上升，最高可超過65°C。電池溫度升高以及H2SO4梯度的產(chǎn)生，使得極板表面形成的硫酸鉛在溫度高以及硫酸濃度低的部位溶解度變大，這大大的增加了電池充電過程發(fā)生枝晶短路的風(fēng)險(xiǎn)。
[0003]閥控式鉛酸蓄電池采用的超細(xì)玻璃纖維(AGM)隔板含有兩種結(jié)構(gòu)的細(xì)小微孔，一種是平行于隔板平面的微孔，另一種是垂直于隔板平面的較大微孔，后者有利于氧氣向負(fù)極擴(kuò)散，但也是枝狀鉛生長的路徑，由于在隔板中更多的硫酸鉛容易沉積在粗玻璃纖維上，這使得充電時(shí)枝晶鉛容易沿著粗纖維生長，從而引起極板間微短路。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中減小枝晶短路的辦法主要有:(1)在硫酸電解液加入到電池之前，將硫酸電解液冷卻到o°c以下，電池加酸后再采取必要的降溫措施，如水冷、氣冷等來控制充電過程電池內(nèi)部的升溫；(2)在電解液中添加一定量的硫酸鹽添加劑，利用“同離子效應(yīng)”來抑制PbSOJ^溶解度；(3)加快硫酸進(jìn)入電池內(nèi)部，避免局部硫酸濃度過低而增大PbSO 4溶解度，如采用真空加酸辦法。除上述三種方法外，還普遍采用添加劑，以改善鉛酸蓄電池性能，添加劑均為強(qiáng)電解質(zhì)。
[0005]目前對枝晶短路的檢測方法主要是通過對電池的循環(huán)測試或者是按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行21天短路過放電后再充電的方法進(jìn)行測試。該方法需要的時(shí)間周期長，且需要大量的電池?？焖贆z測隔板是否容易產(chǎn)生枝晶鉛短路是目前急待解決和攻關(guān)的技術(shù)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法。該方法操作過程簡單，實(shí)驗(yàn)儀器簡單易得，明顯縮短了檢測周期，值得推廣。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法，包括以下步驟:
(I)以2片純鉛片作為正、負(fù)極板，將待測超細(xì)玻璃纖維隔板放于2片鉛片之間，組裝測試電池裝置； (2 )對測試電池進(jìn)行恒流充電，測繪電壓-時(shí)間曲線，獲得從開始充電到發(fā)生短路的時(shí)間值；從開始充電到發(fā)生短路的時(shí)間值是判定AGM隔板是否容易發(fā)生短路的關(guān)鍵參數(shù)。
[0008](3)測定測試電池裝置在恒流充電時(shí)的電壓變化。
[0009]步驟(I)具體為:
①選擇表面光滑的純鉛片2片，作為測試電池的正、負(fù)極板；
②將銅導(dǎo)線焊接在正、負(fù)極板頂部極耳部位，并用環(huán)氧樹脂密封好焊接的位置，作為電源線接頭；
③裁剪待測超細(xì)玻璃纖維隔板，使其尺寸比正、負(fù)極板尺寸略大；
④取4片固化的鉛酸蓄電池生極板浸入30-40wt%硫酸溶液中10-60 S，使極板表面生成硫酸鉛，取出后放置于空氣中5-10 min，使極板表面的硫酸充分反應(yīng)；
⑤用有機(jī)玻璃板制得長方形槽體，并將步驟④浸酸后的4片生極板放入槽中，并加入去離子水，浸沒極板，于50°C下恒溫2 h，取出全部極板，剩下溶液；
⑥將待測超細(xì)玻璃纖維隔板浸入步驟⑤的溶液后取出，置于2片純鉛片之間，按鉛片-待測超細(xì)玻璃纖維隔板-鉛片依次疊放好后，放入透明塑料袋中，在透明塑料袋的兩邊固定上有機(jī)玻璃板，在有機(jī)玻璃板和塑料袋之間加上一個(gè)壓力傳感器，對整個(gè)裝置施加壓力；
⑦往塑料袋中加入2-10wt%的硫酸溶液，溶液的量以沒過極板的極耳為準(zhǔn)，組裝得到測試電池裝置。
[0010]步驟(2)具體為:
將測試電池置于50°C恒溫槽中，進(jìn)行恒流充電，測繪電池的電壓-時(shí)間曲線，當(dāng)電壓突然下降時(shí)，表明超細(xì)玻璃纖維隔板上發(fā)生了短路，記錄從開始充電到發(fā)生短路的時(shí)間值，該值是用于判定AGM隔板是否容易發(fā)生短路的關(guān)鍵參數(shù)。
[0011]步驟(3)具體為:在恒流充電過程中，測定測試電池的電壓值；所述的恒流充電電流值為電池化成充電過程中電池極板的表觀電流密度與測試電池極板的面積的乘積。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
1)本發(fā)明通過模擬電池的化成充電條件，能判斷AGM隔板是否在電池內(nèi)化成充電過程容易導(dǎo)致短路，從而快速判斷和挑選出合適的閥控式鉛酸蓄電池用AGM隔板；
2)枝晶鉛在電池中的形成過程復(fù)雜且難以觀察，通過該方法清楚地了解枝晶鉛在電池中形成的過程，為尋找抑制枝晶鉛短路提供了很好的理論依據(jù)；
3)相比于國家標(biāo)準(zhǔn)的21天短路過放電然后再充電的檢測方法，該方法操作過程簡單，實(shí)驗(yàn)儀器簡單易得，明顯縮短了檢測周期；
4)常規(guī)測量閥控式鉛酸蓄電池玻璃纖維(AGM)隔板鉛枝晶短路的方法需要消耗大量電池，而本發(fā)明以純鉛板代替電池，從而節(jié)約了實(shí)驗(yàn)材料成本；
5)本發(fā)明適用于各種閥控蓄電池玻璃纖維隔板的檢測，可作為判定隔板性能質(zhì)量以及提高閥控式鉛酸蓄電池性能和延長壽命的重要方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為測試電池裝置的示意圖，I銅線，2隔板，3純Pb板，4螺絲，5透明塑料袋，6有機(jī)玻璃板，7壓力傳感器，8螺母； 圖2為不同AGM隔板厚度的模擬測試電池恒流充電過程正負(fù)極板兩端的電壓-時(shí)間曲線；
圖3中:(a)模擬測試電池發(fā)生短路后的AGM隔板照片，(b) AGM隔板短路位置的放大照片，(c) AGM隔板短路位置的SEM照片。

【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明用下列實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下列實(shí)施例。
[0015]實(shí)施例1
測量12 V 12 Ah閥控式鉛酸蓄電池使用的AGM隔板厚度對枝晶鉛短路影響的方法:測試電池裝置:4片固化的生極板浸入1.255 g/cm3硫酸溶液中10 S，取出擱置5 min,放入內(nèi)徑尺寸為9X4.5X1.5 cm3的有機(jī)玻璃槽中，加入30 mL去離子水，恒溫50°C 2 h，取出全部極板；用AGM隔板放入有機(jī)玻璃槽中浸濕后與極板面積大小為20 cm2 ( 4X5 cm)的兩片平面光滑的純Pb片組裝成模擬電池，放入塑料袋中，加入2wt%硫酸溶液，溶液量以沒過極板的極耳為準(zhǔn)；然后給模擬電池兩端施加壓力80 kPa，將測試電池置于50 °C恒溫槽中，并以40 mA電流連續(xù)充電。
[0016]圖2為不同AGM隔板厚度的模擬測試電池恒流充電過程正負(fù)極板兩端的電壓-時(shí)間曲線。當(dāng)電壓突然下降時(shí)，表明AGM隔板上發(fā)生了短路，從開始充電到發(fā)生短路的時(shí)間值T用于判定AGM隔板是否容易發(fā)生短路的關(guān)鍵參數(shù)。對不同AGM隔板，其超細(xì)玻璃纖維粗細(xì)不同，孔率不同，特性也不同，這樣發(fā)生短路時(shí)間值T也就不同。
[0017]AGM隔板發(fā)生短路后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。(a)是測試電池發(fā)生短路后的AGM隔板照片，(b)是AGM隔板短路位置的放大照片，(c) AGM隔板短路位置的SEM照片。AGM隔板上短路后有一些黑色的斑點(diǎn)，這些即為枝晶鉛。當(dāng)形成的枝晶鉛較多時(shí)，枝晶之間的二次結(jié)構(gòu)相互連接，形成針刺狀花叢結(jié)構(gòu)，如圖3(b)所示；從圖3(c)的SEM照片中可以看出枝晶在向前生長的同時(shí)，側(cè)面的二次結(jié)構(gòu)也逐漸地生長，且每個(gè)枝晶的分支都先長成針狀結(jié)構(gòu)。枝晶狀鉛逐漸地由負(fù)極一側(cè)向正極生長，當(dāng)生長到一定程度時(shí)穿透隔板，造成了電池的短路。
[0018]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)以2片純鉛片作為正、負(fù)極板，將待測超細(xì)玻璃纖維隔板放于2片鉛片之間，組裝測試電池裝置； (2)對測試電池裝置進(jìn)行恒流充電，測繪電壓-時(shí)間曲線，獲得從開始充電到發(fā)生短路的時(shí)間值； (3)測定測試電池裝置在恒流充電時(shí)的電壓值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法，其特征在于:步驟(I)具體為: ①選擇表面光滑的純鉛片2片，作為測試電池的正、負(fù)極板； ②將銅導(dǎo)線焊接在正、負(fù)極板頂部極耳部位，并用環(huán)氧樹脂密封好焊接的位置，作為電源線接頭； ③裁剪待測超細(xì)玻璃纖維隔板，使其尺寸比正、負(fù)極板尺寸略大； ④取4片固化的鉛酸蓄電池生極板浸入30-40wt%硫酸溶液中10-60 S，使極板表面生成硫酸鉛，取出后放置于空氣中5-10 min，使極板表面的硫酸充分反應(yīng)； ⑤用有機(jī)玻璃板制得長方形槽體，并將步驟④浸酸后的4片生極板放入槽中，并加入去離子水，浸沒極板，于50°C下恒溫2 h，取出全部極板，剩下溶液； ⑥將待測超細(xì)玻璃纖維隔板浸入步驟⑤的溶液后取出，置于2片純鉛片之間，按鉛片-待測超細(xì)玻璃纖維隔板-鉛片依次疊放好后，放入透明塑料袋中，在透明塑料袋的兩邊固定上有機(jī)玻璃板，在有機(jī)玻璃板和塑料袋之間加上一個(gè)壓力傳感器，對整個(gè)裝置施加壓力； ⑦往塑料袋中加入2-10wt%的硫酸溶液，溶液的量以沒過極板的極耳為準(zhǔn)，組裝得到測試電池裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法，其特征在于:步驟⑥中的壓力傳感器外部連接有壓力數(shù)字顯示表，施加的壓力為20-100kPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法，其特征在于:步驟(2)具體為: 將測試電池裝置置于50 0C恒溫槽中，進(jìn)行恒流充電，測繪電池的電壓-時(shí)間曲線，當(dāng)電壓突然下降時(shí)，表明超細(xì)玻璃纖維隔板上發(fā)生了短路，記錄從開始充電到發(fā)生短路的時(shí)間值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法，其特征在于:所述的時(shí)間值是判定超細(xì)玻璃纖維隔板是否容易發(fā)生短路的關(guān)鍵參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法，其特征在于:步驟(3)具體為:在恒流充電過程中，測定測試電池的電壓值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法，其特征在于:所述的恒流充電電流值為電池化成充電過程中電池極板的表觀電流密度與測試電池極板的面積的乘積。
8.一種如權(quán)利要求2所述的測量鉛酸蓄電池超細(xì)玻璃纖維隔板鉛枝晶短路的方法得到的測試電池裝置。
【文檔編號】G01R31/36GK104459561SQ201510001788
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2015年1月5日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月5日
【發(fā)明者】郭永榔, 曾燕真 申請人:福州大學(xué)