1、装配压力的设计和应用应注意的细节分享 蓄电池杂志 2009 年第 4 期装配压力的设计和应用应注意的细节张元兵泉州赛特电源科技有限公司，福建 泉州 365400摘 要： 装配压力在阀控式密封铅酸蓄电池的重要性勿庸置疑。然而，装配压力设计及实际应用中却有许多细节值得注意，否则设计的装配压力并不合理，且电池达不到预期的效果。本文结合自己的工作经历，对一些实际问题进行整理分析。关键字： 阀控式密封铅酸蓄电池 装配压力 设计和应用 细节The details in the design and application of assembling pressureZhang Yuan-bing(Sait
2、e Power Source Science & Technology Co., Ltd，Fujian Quanzhou，365400)Abstract：There is not doubt that the assembling pressure is very important in VRLA battery. However, we should pay more attention to many details in the design and application of assembling pressure. If the assembling pressure is no
3、t designed proper, the performance of battery will not get what we expected. As per my working experience, I analyze some praticl issues as following.Key words：VRLA battery, assembling pressure, design and application, details1 引言：采用紧装配是阀控式密封铅酸蓄电池的主要技术要点之一。在阀控式密封铅酸蓄电池里，隔板必须与极板紧密接触，使贮存在隔板里的电解液能快速、均匀且
4、充足地提供给极板；另外，在充放电过程中，活性物质转换过程中体积会发生变化，隔板必须紧贴极板以防止活性物质松散脱落。但是，过紧的装配压力会造成吸酸空间及吸液率的下降、隔板纤维结构的破坏导致隔板失去弹性等，且单体入槽及加酸工艺更难操作。因此，选择合适的装配压力是至关重要的。对蓄电池中的正极活性物质施加一个较高的压力，可以明显延长电池循环使用寿命。一般来说，保持蓄电池在循环使用过程中正极活性物质所受的压力在 40kPa 左右是必要的 1 。然而，装配压力的设计在实际应用中却有许多细节值得注意，否则设计的装配压力并不合理，且电池达不到预期的效果。本文结合自己的工作经历，对一些实际问题进行整理分析。2
5、装配压缩比的设计：设计中，常常用隔板在干态下被压缩的比率这个指标来衡量电池的装配压力，即隔板的压缩量与压缩前的厚度的比值来计算。具体方法如下：国际电池理事会(BCI)发布了关于压缩率的计算方法 2 ，具体如下：CS = (d Sl0一 dSX )d Sl0 100%式中：C S -实际压力下隔板的压缩比；dSl0 - l0kPa 压力下隔板的厚度；dSX - 实际装配压力下隔板的厚度,即为极板的板间距；上式中，dSX = ( W - P+n+ - P-n- )/n式中：W-电池槽垂直于极板平面的宽度；P+-正极板的平均厚度；n+-正极板的片数；P-负极板的平均厚度；n-负极板的片数；n-隔板的
6、包覆层数；值得注意的是，电池槽是塑料件，由于有一定的拔模斜度，且模具存在制造误差及安装误差，所以电池槽底部的宽度比电池槽顶部的宽度更小。如12FM100AH(尺寸为 331*173*217mm)的壳体，如果用电池槽底部的宽度与用电池顶部的宽度来计算，其压缩比相差 6%左右；而 GFM 系列、OPZV 系列、OPZS 系列电池由于壳体更高，则相应的压缩比误差值将相差更大。为此，建议用极板入槽后极板高度的中部位置相对应的电池槽宽度作为标准值来计算。因此，我们要关注每个单格的拔模斜度及其偏差，使电池壳底部与上部的差值控制在最小范围内。另外，为了保证装配压力的一致性，应严格控制每批极板厚度的偏差。设计
7、前，我们应测量同一批次以及不同批次极板的厚度，应了解极板厚度的偏差值及分布情况。一般情况下，极板越厚其重量也越重。因此，极板重量应作为一项重要的指标纳入到检测项目当中。3 隔板定量的确定：定量是隔板的一个重要指标，它用来表示单位体积隔板的重量。在相同压力的情况下，不同定量的隔板，其压缩变形量以及恢复性能是不一样的。也就是说，在一个给定的压力情况下，定量高的隔板比定量低的隔板厚度减小要少些。因此，在设计压缩比前，应首先确定定量这一关键指标。一般来说，在生产环境及生产工艺不变的情况下，定量越高隔板所含细纤维比率也越高。高比率的细纤维，将会提高隔板的抗拉强度，使电池在较大装配压力下更具有可操作性；高
8、比率的细纤维，将会降低隔板的平均孔隙，使隔板爬酸高度更高，电池将更不易产生酸分层现象；高比率的细纤维，将会提高隔板的压缩恢复性能，将带来电池更长的循环寿命。值得注意的是：隔板的价格是以重量在计算，但实际是以面积在使用。因此，使用不同定量的隔板，其单只电池隔板的重量也不一样，价格也就不一样。因此,不同要求电池、不同应用场合的电池，其使用的隔板定量也不一样。对于循环寿命要求更高的电池其隔板定量应要求更高。4 隔板包覆方式的设计：隔板的包覆方式有单包及双包两种方式。目前，大部分的电池组装厂采用单包的包覆方式。单包即隔板只包正板，两极板之间只有一片隔板纸；双包即正负板均包，两极板之间有两片隔板纸。单包
9、和双包各有其优缺点。采用双包其耐折性能能将更佳，因为隔板厚度越薄，其耐折性能将越好；采用双包其安全性能将更佳，因为两片隔板要同时破损并发生穿透的机率比单片低得多；采用双包其隔板厚度均匀性更好，电池的均衡性和寿命将更佳。在相同设备、相同工艺及相同的环境条件下，制造的隔板越厚其纤维分散越不均匀、厚度均匀性越差。厚度均匀性差将导致隔板与极板接触不均匀，从而导致电解液分布不均，电解液分布不均均导致放电电流不均匀，从而导致电池的使用寿命及一致性差。采用双包的电池其厚度比单包电池的厚度约薄一半。因此，双包电池其隔板厚度均匀性更佳、寿命也更长。但是采用单包比双包的生产效率快得多。因此，在单层隔板较厚以及电池
10、性能要求严格的场合，如 GFM 电池时，应采用双包；而在隔板较薄以及生产效率高的情况下，可采用单包。采用双包时，考虑到单体入槽的可操作性，使单体入槽时边负板的隔板不会被挤破脱落，边负板常常不包覆隔板。因此，边负板与正板之间存在一片短的隔板纸。我们称之为“0:2:0”的包覆方式，如图一所示。图一: “0:2:0”的包覆方式5 网面朝向正板的问题：AGM 隔板由于制程工艺形成网面和毛面。有些电池生产厂采用网面朝正板,也有些采用毛面朝向正板。笔者建议采用网面朝正板进行包覆。AGM 隔板采用抄纸工艺成型，是将超细玻璃纤维与水、H 2SO4混合经打浆机搅拌后形成浆液，经除渣机除去玻璃渣，然后经流浆工艺形
11、成片状隔板，最后经脱水、干燥、剪切形成隔板。在流浆工艺时，一般采用较大的压力进行抽真空，一般为 0.040.06KPa。在抽真空的作用下，使水分往下移动，且细纤维下沉与成形网接触形成网面，而粗纤维在上层形成毛面。这样，网面的细纤维数量大于粗纤维数量，导致网面的爬酸速度、爬酸高度和吸酸能力将大于毛面。实验证明：隔板在一定的压缩状态下，网面的爬酸速度明显大于毛面，爬酸高度明显大于毛面 3 。另外，隔板进行耐煮性实验时，毛面常常更早发生松散、脱落，这是由于网面的细纤维数量更多，其抗拉强度更好的原因所致。因此，用网面朝向正板进行包覆，对电池的性能更有好处。6 隔板宽度的设计：如果隔板设计的太宽，在装槽
12、时隔板侧面受到严重的压缩，从而影响装配可操作性，甚至在较低的装配压力下都很难入槽；如果隔板设计的太窄，电池单体旁边易形成自由液，且容易产生正负极短路现象。一般情况下，小密电池隔板的宽度应大于电池壳宽度的 0.5mm 1mm,大密电池隔板的宽度应大于电池壳宽度的 1mm 1.5mm 较为合理。7 生产过程中的注意细节：在实际生产过程中，有许多小细节也不容忽视，否则达不到预期的效果。包板时，应在单体的外层包覆一层塑料薄。这样做目的是使单体入槽时，边极板的活性物质不易被电池塑壳刮落而影响电池性能；另外也使塑壳与单体间的摩擦阻力下降，使入槽更加顺畅。烧极群前，应调节底座，使底座宽度等于或略小于电池壳体
13、的单体宽度；烧极群时, 应锁紧底座，使焊接时极群处在压缩的状态下，与入槽后单体被压缩状态接近。单体入槽前，可用工具对单体中下部位置进行压缩，这样入槽将更容易些。同时，入槽工装也是至关重要。入槽时应控制好下降速度，避免速度过快造成的冲击而使塑壳破损；同时，入槽时可采用渐进式双行程的方式，即先使单体插入一部分，然后再插至底部，这样在缓冲的时候可对单体位置进行调节。8 结尾:设计装配压力时，不但要注意理论计算，同时还要注重细节及实际可操作性。以上是笔者根据本公司的特点所撰写。 同行的朋友应根据自身的特点进行设计，才能设计合理的装配压力。以上谨供业界人士参考。参考文献：1 夏鹏等，隔板压力对铅酸电池性能的影响，蓄电池，2006，第 2 期2 Battery Council International，Battery Technical Manual Test Methods for Recombinant Battery Separator MatRBSM5/9319933 刘世忠等，VRLA 电池用 AGM 隔板性能的研究，蓄电池，2006，第 1 期
