摘要：本文围绕电动自行车用长寿命铅酸蓄电池的研发，采用真空和膏机对和膏工艺进行优化改进,并从和膏能效、铅膏物化指标和微观形貌、电池一致性、电池循环性能等几个方面和常规和膏机进行对比研究。实验结果表明：采用合理的真空和膏工艺能够大大提高生产效率和降低能耗，通过和膏温度的准确控制，配方精度得到很好控制，从而铅膏的质量得到大大提升，电池的一致性得到很大改善;通过真空和膏工艺制备的铅膏的成分和结构更加合理，从而大大延长了电动自行车用电池的循环寿命。

关键词：铅酸蓄电池; 真空和膏;一致性;电动自行车;循环寿命

The influence of vacuum pasting technology on the performance of lead acid batteries

Sun Tingmeng1 Wanglianwu2 zhang weiping3

(1.ZHEJIANG TIANNENG POWER ENERGY

2.ZHEJIANG TIANNENG BATTERY   ChangXing  313100)

Abstract: Aiming to develop long lifetime lead acid battery used in the field of electric bicycles, vacuum pasting technology is adopted to optimize the battery paste. Energy efficiency, physicochemical properties and microstructure of paste, consistency and cycling performance of batteries are studied. The results indicate that production efficiency raises greatly and energy consumption is largely reduced compared with conventional pasting technology. By adopting the vacuum pasting technology, formula precision is well controlled by controlling the temperature accurately during the pasting process, as a result ,the quality of the paste is largely improved, and the consistency of batteries are improved greatly. What’s more, the component and structure of paste tend to be more reasonable, as a consequence, cycling life of battery is greatly extended when used in the field of electric bicycles.

Keywords : lead acid battery; vacuum pasting; consistency; electric bicycle; cycling life.

0前言

铅酸电池经过150多年的发展和应用，很多关键技术都得到了非常大的进步，铅膏制备是铅酸电池生产中的一个核心工步，铅膏本身是一个非钧相体系，铅膏的物相组成和结构非常复杂，既有宏观上的密度和稠度参数，又有微观上的微孔结构和微粒组成，这些宏观和微观状态和铅膏的制备工艺有着密切的关系[1]，所以铅膏的制备是铅酸蓄电池极板生产最重要、最复杂、最难控制的生产工序，变化因素多，影响环节多[2]。

铅膏的制备工艺在过去几十年也得到了很大改进，很多相关技术工艺参数也一直沿用至今。制备铅膏过程通常是指将铅粉、水、硫酸和添加剂混合搅拌并伴随着发生一系列物理、化学变化最终制成可塑性膏状混合物的过程[3-6]。传统的制备铅膏的方法，制备铅膏通常需要经过加料、干混、加水、湿混、加酸、搅拌反应工序，然而每个工序的参数变化和步骤调整都会直接影响最终的铅膏的结构和性能，进而影响电池的性能。例如铅膏松散会影响极板致密性结构，从而影响导电性能，另外正极板后期极板疏松会影响使用寿命，另一方面，铅膏的一致性差，导致电池的一致性差，电池循环寿命短。传统和膏过程需要时间长消耗物料量大。针对现有和膏技术的不足，本文通过采用真空和膏技术对和膏工艺进优化改进，以期在得到符合涂板要求的铅膏的同时还能达到降低能耗和物料消耗的目的。 

1实验方法

1.1电池的制备

基础配方是按照本公司的电动车生产配方，和膏过程采用1.0T真空和膏机和1.0T常规和膏机进行，板栅均采用统一板栅，在同一生产线装配成6-DZM-20电池，为了简单地说明问题，本文相关数据只针对电池正极板进行全过程阐述。

1.2 研究方法

本文通过对比两种和膏工艺在能效、所得铅膏物化指标、铅膏和生极板的微观形貌（电镜扫描图，如果有熟极板的对比图会更好），电池的一致性和循环寿命这几个方面展开研究。通过对比两种和膏工艺所用时间和物料消耗情况可以知道两者的能效情况，通过针入度检测和密度检测对比两种铅膏的稠度和视密度，通过电镜扫描对两种和膏工艺制得的铅膏的微观形貌进行表征，并对生极板的含水量和游离铅含量进行检测对比，最后对用两种和膏工艺制得的正极组装的电池进行放电一致性和循环性能测试。

2实验结果与讨论

2.1 真空和膏工艺和常规和膏工艺能效对比

表1是真空和膏工艺和常规和膏工艺流程，从表1可以看出，真空和膏工艺每步的时间持续较短，整个过程持续时间相对较短，说明真空和膏工艺各工序的易控性，并且能够实现温度的准确控制，不受和膏环境影响，并且和膏过程完全封闭，不再需要额外补充物料，从而提高了配方的精度；常规和膏的步骤比较简单，但是每个工序持续的时间较长，在工序转换的过程中温度变化较快，温度可控性不强，由于温度变化较大，在和膏过程中要根据需要调整所用的酸量和水量，造成额外的物料消耗，配方精度也因此会受到影响，在能效方面，真空和膏工艺总共用时22 min 左右，常规和膏工艺总用时为45 min 左右，所以从能效方面看，真空和膏工艺既降低了电能消耗又提高了生产效率。

表1和膏工序简要工艺流程对比图

2.2  铅膏物化指标

从表2可以看出，利用真空和膏机在短时间里得到的铅膏和利用常规和膏机在较长时间里得到的铅膏，在视密度和含水量方面相差不是很大，均达到了涂板要求，在铅膏粘沙性方面，真空和膏机得到的铅膏沙性比较适中，更利于涂板，表3是用两种和膏工艺制得的铅膏涂板得到的极板经过固化干燥后的游离铅和水以及强度测试数据，每种极板进行三次平行试验，从表4可以看出，利用真空和膏机在短时间里得到的铅膏和利用常规和膏机在较长时间里得到的铅膏，游离和游离水以及强度均达到正生极板质量要求，用真空和膏机和制得铅膏涂板后的极板经过固化干燥之后极板游离铅和水的含量均低于常规和膏工艺制得的极板，按照正湿生极板固化前要求而论，真空和膏工艺制得的极板在这方面达到了比较理想的值。

表2铅膏特性对比

表3固化后生极板游离铅和水含量对比

2.3 铅膏和极板的微观形貌

图1为两种和膏工艺制得铅膏的SEM图，两种和膏工艺制得的铅膏在微观形貌上有着很大的差异，图1-a是采用传统和膏工艺制备得到的铅膏SEM图，从图中可以看到铅膏中各颗粒大小差异较大，整体孔隙较少，颗粒多为块状或者片状，有少部分为针状晶体，根据四碱式硫酸铅和三碱式硫酸铅晶体的特征可以判断，四碱式硫酸铅晶体占极少部分，图1-b为采用真空和膏工艺制备得到的铅膏的SEM图，从图中可以看到，整体铅膏颗粒尺寸均匀，针状晶体占了较高比例且均匀分布，聚团少，孔隙率高，而且可以看到明显的骨架结构，显然，铅膏形貌符合制备高容量高寿命电池的条件。

图1 不同和膏工艺所得铅膏SEM图

(a为常规和膏工艺制得铅膏SEM图，b为真空和膏工艺制得铅膏SEM图)

3、电池一致性：

在充电工序进行一致性检测方面，真空和膏制成的电池有着明显的优势，体现在电池的一致性更好，通过对生产实际数据进行统计，一次放电合格率提高5%以上，如图2所示对比图，整体一次放电性能更好。

图2 不同和膏工艺做电池一次放电合格充进行对比图

(虚线为真空和膏工艺，实线为普通和膏工艺)

4、循环寿命测试

通过内化成后的电池按照国家标准GB/T 22199-2008进行容量测试合格后再进行循环寿命测试，表5为两种工艺制得电池两小时率初始容量测定，从表中可以看出，两种和膏工艺制得的电池，初始容量均达到容量设计的要求，两种和膏工艺制得的电池的初始容量差别也很小，为了进一步研究两种和膏工艺制得的电池在循环性能上的差异，我们又对电池进行了100%DOD循环寿命测试，当放电时间小于96min（即放电容量低于额定容量80%）时循环终止，测试结果如图2所示，从图中可以看出真空和膏工艺制得的电池在整个循环过程中放电容量均要高于常规和膏工艺制得的电池，说明真空和膏工艺制得的电池2小时容量保持能力要优于常规和膏工艺制得的电池，并且真空和膏工艺制得的电池在该测试规则下循环次数比常规和膏工艺制得的电池循环次数要高50次以上。

表5 电池的2小时率容量测试

图3 放电时间随循环次数变化曲线

a真空和膏工艺电池    b常规和膏工艺电池

3结论

本文围绕通空和膏工艺和常规和膏工艺的相关对比，可以得出以下结论：

1、 真空和膏工艺能够在较短时间里得到符合涂板要求的铅膏，具体表现为工序时间短，条件可准确控制，配方精度高，能耗小，效率高；

2、 真空和膏工艺得到的铅膏孔隙率高，铅膏微观粒子粒度分布比较均匀；

3、 真空和膏工艺得到的铅膏在涂板固化干燥后，生板的游离水和游离铅的含量要低于常规和膏工艺得到的生板；

4、 利用真空和膏工艺制得的电池2小时率容量保持能力要优于常规和膏工艺，并且循环寿命要高于常规和膏工艺，更能满足动力电池的要求；

5、 真空和膏工艺是一个在铅酸电池行业非常值得推广的一个先进工艺。

参考文献

[1] D.PAVLOV,G .PAPAZOV. Dependence of the properties of the lead-acid battery positive plate

paste on the progress occurring during its production[J]. Journal of Applied Electrochemistry, 1976(6): 339-345.

[2] 徐品弟,柳厚田.和膏过程中影响铅膏性能的因素[J], 蓄电池,1994(1): 2.

[3] 陈红雨. 铅膏制备原理与方法的研究[J]. 蓄电池, 2001(1): 3.

[4] 李志明,谭晓波,吴贤章,刘艳娜.和膏工艺对铅膏性能的影响[J]. 蓄电池，2009(1): 18

[5] 王洪伟,周传哲. 铅膏中添加四碱式硫酸铅对VRLA电池性能的影响[J], 蓄电池,2013(2): 6

[6] 张琳. 添加4BS对动力铅酸蓄电池的性能影响研究[c], 哈尔冰工业大学硕士论文,2013.

编辑：《电源工业》杂志