高倍率放电VRLA电池的设计技术

：放电倍率越大，活性物质利用率越有限。一般来讲，不论是开口式电池还是VRLA电池，采用薄型极板设计来满足高倍率放电性能是必须的。薄型极板增大了电极反应面积，提高了活性物质利用率，降低了电池内阻，因而能够获得良好的大电流放电性能。尽管将平板式板栅做到很薄的“拉网”和“铅布”技术已走向商品化，但大规模的应用远不及“重力浇铸”技术。另外，使用“重力浇铸”将板栅做到很薄也是有困难的，特别是薄板栅还要经历随后的涂板、固化、化成、分板、焊组等多个工序，将面临极板废损大、电池故障多等质量问题。值得一提的是，采用薄板设计的VRLA电池，相对于具有相同活性物质重量的厚板设计来说，其耗铅量要多一些，而且板栅耐受化学和电化学腐蚀的能力也有所降低。因此，适于高倍率放电的薄板设计需要掌握一定的原则。电池的充放电性能最终是通过正、负极活性物质与电解液的相互作用来体现的。D.Simonsson从理论上对传质过程、放电状态以及PbSO4形成条件的依赖关系进行了研究，将活性物质的不完全利用归纳为：孔口处PbSO4堵塞和孔径的有限性造成扩散的障碍，导致孔中电解液的贫乏[2]。一定的活性物质结构决定了一定的利用率，改变活性物质的结构可以通过控制一些过程参数如和膏、固化来影响，也可以通过向铅膏中加入添加剂的方法来实现[3]。相对而言，后者更利于工序和过程的控制，并具有实际推广价值。下面我们将通过一些实际配方设计的例证来说明这种有效性。

3.1正极铅膏配方对高倍率VRLA电池放电性能的影响

表4不同电解液配方对VRLA电池高倍率放电性能的影响

由前文分析得出：减缓和降低正极极化电位的增大是确保高倍率放电性能提高的重要措施。VRLA电池配方中正极添加剂的选择应着眼于能够形成良好的正极活性物质微孔结构和导电网络，或者具有减缓和消除活性物质与Pb?Ca板栅界面钝化层影响的作用。由于正极所处的电位较高，一般的添加剂均会被氧化分解，难以在整个寿命期间发挥作用，这是选择正极添加剂时的一个“瓶颈”问题。表2列出了将报废的正极活性物质以一定比例加入正极铅膏后，与添加石墨的正极铅膏的性能对比情况。结果表明：前者有利于提高VRLA电池低温高倍率放电性能。从生产来看，报废正极板总是存在的，取其活性物质进行二次利用，对节约材耗、降低成本具有实际意义[4]。

3.2负极铅膏配方对高倍率VRLA电池放电

性能的影响

与正极不同的是，负极活性物质的微孔结构对高倍率放电的影响并不明显。在低温下使用的VRLA电池，若负极孔率增多，会阻碍电解液的扩散，最终导致电池放电性能的降低。因此，负极性能的优劣更多地依赖于膨胀剂的种类。木素对大电流放电有良好的促进作用，但国产木素酸溶解性大，降低了寿命期间对负极的膨胀效果，使用这种木素的厂家已不多见。进口木素的性能好但价格昂贵，不论使用何种木素，负极的充电接受能力都会受到一定的影响，这对VRLA电池的负极来说显得更为严重。通过与其它负极添加剂的合理搭配，腐植酸在提高大电流放电方面也有良好的作用，由于它价格便宜，性能稳定，添加后铅膏的填涂性又非常适合于机械化涂板，因而在国内普遍使用。近年来，一些腐植酸生产厂家又陆续开发出杂质含量更低，适用于VRLA电池的高纯腐植酸。为了进一步提高负极的性能，目前，将木素与腐植酸合成或将两者按一定比例混和起来使用的工艺配方也备受关注。为此，我们对两者混和使用的配比进行了优化研究，有关数据如表3所示。改进后的配方对提高电池充放电性能及降低电池成本都有利，具有实际推广价值。

表3有机膨胀剂配比的改进对VRLA电池性能的影响

类别

项目3.3电解液配方对高倍率VRLA电池放电

性能的影响

长期以来，国内外就硫酸电解液中加入某些添加剂后对VRLA电池性能的影响进行了大量的研究。由于电解液添加剂的使用，具有不改变电池工业生产过程、附加成本低、效果好、便于推广等优点，因此，选择合适的电解液添加剂已成为改善铅酸蓄电池性能的主要途径之一[5]。我们认为，VRLA电池电解液添加剂的作用可以归结为以下几点：

（1）增强电解液的电导，提高电池过放电后