長(zhǎng)壽命電動(dòng)車(chē)電池極板工藝研究

中國(guó)的電動(dòng)助力車(chē)電池在借鑒小型密封電池、啟動(dòng)電池技術(shù)的基礎(chǔ)，經(jīng)歷了研制開(kāi)發(fā)、改進(jìn)提高的過(guò)程，作為一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)正處于快速發(fā)展的時(shí)期。電動(dòng)助力車(chē)組裝廠(chǎng)和用戶(hù)對(duì)DZM電池的認(rèn)識(shí)，也經(jīng)歷了一個(gè)由淺入深、逐步提高的過(guò)程。最初只注重容量（實(shí)際是初容量），誰(shuí)的容量大，跑得遠(yuǎn)、就用誰(shuí)的電池?，F(xiàn)在則重點(diǎn)要求壽命長(zhǎng)，耐過(guò)充電、過(guò)放電，大電流放電性能好等。但絕大多數(shù)使用者并不具備專(zhuān)業(yè)的知識(shí)，每次起行后，充電的時(shí)間長(zhǎng)，有的甚至騎行幾千米也進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間充電，絕大多數(shù)是過(guò)充電。“電池不是用壞的，而是充壞的”這句話(huà)高度概括了這一現(xiàn)象。

還有一種情況是，用戶(hù)在頂風(fēng)行駛、上坡、加速、行駛距離遠(yuǎn)時(shí)，強(qiáng)制讓電池“出力”。甚至在顯示沒(méi)電了，停一段時(shí)間電壓又回升了，用戶(hù)又繼續(xù)使用“回升電壓”，造成電池過(guò)放電。電動(dòng)助力車(chē)在使用中，電池的過(guò)充電、過(guò)放電是經(jīng)常發(fā)生的。嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)迫使電池廠(chǎng)家在電池性能上進(jìn)行改進(jìn)，特別是在電池耐過(guò)充電、過(guò)放電方面提高其性能，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

1提高電池耐過(guò)充電、過(guò)放電性能的措施

根據(jù)現(xiàn)有的理論和研究成果，過(guò)充電對(duì)電池的危害主要是對(duì)正極造成危害。在經(jīng)過(guò)多次過(guò)充之后，正極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，顆粒的連接將變得松弛，失去電化學(xué)活性。生成的過(guò)量氧將不能完全在負(fù)極復(fù)合而導(dǎo)致失水，最終使電池失效。

過(guò)放電對(duì)負(fù)極危害最大。多次過(guò)放電使生成的PbSO4結(jié)晶漲大，不但其自身難于還原而失去作用，還堵塞了孔道，使內(nèi)層活性物質(zhì)不能與H2SO4進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而失去作用，容量下降，最終使電池失效。

要提高電池耐過(guò)充電、過(guò)放電的能力，是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，無(wú)法找出一個(gè)簡(jiǎn)單的方法辦到。

由于鉛酸蓄電池的理論不完善，許多問(wèn)題還沒(méi)有弄清，要進(jìn)行改進(jìn)就要靠大量的實(shí)踐。首先，要確定和尋找合適的添加劑，然后將其合理地組合，使它們充分發(fā)揮各自的作用，不足之處則互相補(bǔ)償；對(duì)所用原材料要有明確的技術(shù)要求，對(duì)每道工序和制造環(huán)節(jié)要制定正確的工藝和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)過(guò)程要在受控狀態(tài)下進(jìn)行。

1.1活性物質(zhì)添加劑的選用

1.1.1正極添加劑

正極添加劑的配方材料及其含量：混合石墨 （高純石墨+Z1） 0.3%~1.0%；磷酸 0.2%~1.0%；大分子有機(jī)物E2 0.05%~2.0% ；PTFE乳液 0.1%~0.5%；短纖維 0.1%~0.2%

混合石墨的作用是使PbO2晶體變?yōu)樗芍?，使活性物質(zhì)孔率增大，導(dǎo)電性變好。同時(shí)，增加析氧過(guò)電位，減少析氧速度。有人認(rèn)為加入碳素在100次循環(huán)后消失，對(duì)總的壽命周期沒(méi)起作用，這種看法有待商榷。添加劑在循環(huán)過(guò)程中所起的作用分為長(zhǎng)期、中期和短期。這要根據(jù)所用添加劑起的作用和要達(dá)到的目的來(lái)決定。碳素在整個(gè)壽命周期是起了作用的。在最初起的100次循環(huán)內(nèi)對(duì)提高電池容量、減少析氧速率和大電流放電等起了作用。此后，留下空隙，增加了比表面積。不加碳素的電池，上述性能就差得多。

加入磷酸是為了減少活性物質(zhì)的松弛和脫落，延長(zhǎng)壽命。PO42-在正極中有平衡Pb4+電場(chǎng)的作用。PTFE乳液和短纖維在高電場(chǎng)下穩(wěn)定，在電池整個(gè)循環(huán)周期不受破壞。二者共同組成了強(qiáng)固的網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了活性物質(zhì)的強(qiáng)度。早在1980年，吳壽松先生對(duì)PTFE乳液的應(yīng)用就作了論述。乳液的用量要適度，加的過(guò)多易成橡皮膏，不好涂板。有的用PTFE粉末加在正極膏中，事實(shí)證明沒(méi)起作用。其原因是粉末在活性物質(zhì)中不能形成網(wǎng)絡(luò)，對(duì)克服石墨的松散性沒(méi)有好處。實(shí)驗(yàn)證明，該極板耐過(guò)充過(guò)放。

正極歷來(lái)未見(jiàn)加有機(jī)物。加入大分子有機(jī)物E的目的是使其在化成充電和電池活化過(guò)程中，在正極高電位下全部氧化消失。作用是：留下較大的孔，以利傳質(zhì)；其二，阻止負(fù)極的有機(jī)物在正極被分解，保持負(fù)極有機(jī)物的有效數(shù)量。10多年前，此方法就在生產(chǎn)啟動(dòng)電池和叉車(chē)電池時(shí)使用過(guò)，效果顯著。

1.1.2 負(fù)極添加劑

負(fù)極添加劑配方材料及其含量：超細(xì)硫酸鋇 0.3%~1.0%；高純腐殖酸 0.3%~1.0%；新木素 0.1%~0.5%；乙炔黑 0.2%~0.8%；短纖維 0.05%~0.2%

注：超細(xì)硫酸鋇 、高純腐殖酸、新木素、乙炔黑總量為1.6%~2%。

以上無(wú)機(jī)添加劑和有機(jī)添加劑的合理組合，配比非常重要。合理的組合配比可以有效地提高輸出容量、延長(zhǎng)循環(huán)壽命和抑制氧氣的發(fā)生。關(guān)于它們的作用，諸多文獻(xiàn)已有詳述。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，在DZM電池中，木素的用量不能應(yīng)為和膏工藝不好掌握而用得過(guò)少。足量的木素才能保證在電池整個(gè)壽命周期起作用。超細(xì)硫酸鋇BaSO4不能用得過(guò)多，應(yīng)為它不導(dǎo)電。新木素主要成分為橡木粉、單寧、木質(zhì)素等組成，性能與進(jìn)口相當(dāng)，價(jià)格為進(jìn)口木素的一半以下。

DZM電池是荷電出廠(chǎng)，負(fù)極板除了在水洗后浸漬中選擇性地使用抗氧劑外，在和膏配方中沒(méi)有必要加抗氧劑，以免對(duì)電池提高耐過(guò)充電、過(guò)放電和充電接受能力不利。生產(chǎn)過(guò)程中的輕微表面氧化可以在充電活化過(guò)程中予以還原。1.2 電解液添加劑

根據(jù)活性物質(zhì)添加的種類(lèi)選擇相匹配、相適合的電解添加劑，電解液配方的材料及其含量：H3PO4 0.1%~1%；NmSiO23 0.1%~0.5% ；KHSO4 0.5%~2%