蓄电池极板生产简介

  一、极板生产概述
    电动助力车电池发展于八十年代，历经了由探索发展阶段到逐渐成熟阶段，可以说，目前电动助力车电池的生产过程，从极板生产到电池组装都已相对比较成熟。
    纵观电动助力车电池的发展历程，工艺技术由探索发展开始至现在，已逐渐成熟、完善。主要体现在以下方面：
    多种合金的研制与应用，由原先的低锑多元合金逐渐金发展为铅钙合金、铅锑镉合金、铅钙高锡合金等等。
    合金的改进，降低了自放电，提高了负极氢过电位，有效地解决了深充放循环下后期的“无锑效应”，使循环寿命得以延长。
    各种添加剂的不断涌现，为提高电池性能奠定了基础。负极膨胀剂的添加，改变了低温大电流放电性能，增加了负极活性物质利用率;正极添加剂的添加，不仅增加孔率、提高活物质利用率，而且提高化成活物质转换效率、提高初容量。
    电解液添加剂的研究成果对提高电池容量、减少极板硫酸盐化等方面作用很大。
    内化成技术和胶体技术比较成熟。
    另外，蓄电池槽改进、隔板性能的提高、橡胶阀的性能的提高使蓄电池的整体性能提高很多。
    下面分别论述各个生产环节中的新技术、新工艺、新材料。
    二、蓄电池板栅合金
    1、合金的耐腐蚀性、纯铅的耐腐蚀性很好，一般加入其它合金后，根据加入合金的种类和含量大小，其耐腐蚀性都会有不同程度地下降。
    2、合金的声韧性与强度：浇铸成型的板栅折弯90度再恢复连续三次不应断裂，并县板栅要有适当的硬度和强度，保证在生产中不易变形。
    3、合金的导电性（电阻率）要好，以便于大电流放电和低温启动放电;
    4、负极析氢过电位要高，这样才能抑制负极过早析氢，以利于氢氧结合，减少析气量，降低水耗。
    5、电池使用前期和后期（特别是深充放循环后期），板栅与活物质介面电阻或阻层变化不大，以越小越好。
    6、浇铸性能优良;新的板栅设计方案多采用高能设计，板栅的边框和内筋条截面积较小，这样就增加了浇铸难度，因为对浇铸性能（熔点、流动性、收缩率）要求较高；
    7、其他方面，如可焊性、经济性、污染等因素都应考虑在内。
    目前电动助力车电池极板板栅合金负极为铅钙锡铝合金，正极有铅锑镉合金和铅钙高锡合金两种 ，随着环保的要求，将逐渐淘汰含镉合金。
    三、常用合金及特特性
    1、铅锑合金：
    铅锑合金是在纯铅中加入金属锑，板栅铸造中，一般锑的加入量为3.5%-5%左右。有些厂家为了改变合金的流动性在合金中加入0.1%-0.2%的锡。锑含量不同合金的特性就有所不同。
    2、铅锑合金的优点：
    （1）抗张强度、延展性、硬度及晶粒强化作用明显优于纯铅。
    （2）熔点及收缩率低于纯铅，浇铸性能好，即在溶化时有良好的流动性，易于充满模具型腔。
    （3）比纯铅热膨胀系数低，浇铸时，板栅不易因收缩而下开裂。充放电时，板栅不易变形。
    （4）锑对板栅腐蚀膜中的二氧化铅的生长有显著的抑制作用，在电池循环后期和极板活物质结合电阻较小。
    3、铅锑合金的缺点：
     （1）合金的电阻比纯铅稍大。
     （2）合金中的锑易溶于电解液中，移向负极造成电池自放电。
     （3）由于锑的存在，降低了氢的析出电位，增加了氢的析出，加大了电解液中水分的损失。失水量随着锑含量的增加而增加。
     （4）铅锑合金的耐腐蚀性不如纯铅。
    四、铅锑镉合金：
    铅锑镉合金的成分：铅、锑、镉，其中锑含量1-1.5%，镉含量1.5-2%，也有加银、钛、铈任一元素的。
    1、铅锑镉合金的优点：
    浇铸性能好、铸件无裂纹；耐腐蚀性较强，类似于一般的低锑合金，析气量与失水优于低锑合金，与铅钙合金类似。用于正板时，板栅与活物质有良好的结合能力， 后期放电能力较好，适应于深充放循环的场合。常用于电动自行车、电动三轮车、电动汽车电瓶正板栅。目前多数厂家采用铅锑镉合金浇铸电动助力车电池正极板 栅。
    2、铅锑镉合金的缺点：
    浇铸时，铅损耗较铅锑合金大(但比铅钙合金低);环保问题严重;成本较高。
    五、铅钙合金：
    铅钙合金配方较多。合金厂为了使合金某些性能得到改善，常在合金中加入锡、铝、钠等元素，我们这里统称为铅钙合金。
    铅钙合金的基本成本为钙含量在0.06～0.1%之间，考虑生产中氧化烧损问题，合金配制时一般钙含量在0.08～0.105%之间。铝是必须的合金成分，含量较少，一般在0.01～0.05%之间。
    另个还有锡、钠、铋等元素的。
    铅基中加金属钙改变了金属的强度，同时，氢在钙上的析出过电位和纯铅相似，比在铅锑合金上高200mv，这是用铅钙合金取代铅锑合金用于免维护蓄电池板栅材料的重要依据之一。
    铅中加入钙后，钙与铅形成pb3ca结合体，使合金有一定的强度，钙含量在0.1%以下，随着钙含量的增加合金强度增加，结晶体颗粒粗大，形成非均匀的结晶结构，合金的耐腐蚀性下降，因此，钙含量不宜太高。
    铅钙合金的导电性优于铅锑合金，当钙含量在0.1%时，其电阻率为22*10-4欧姆·米，这就使铅钙合金电池的大电流放电性能优于铅锑合金。
    铅钙合金中加入铝主要作用是防止钙氧化，铝在高温真空的条件下，能将氧化钙中的钙还原，同时生产a12o3, a12o3覆盖于合金上也有一定的防氧化作用。
    合金中加入铝通常和钙同时加入，铅钙合金中加入ca和a1的方法是，先把ca和a1与pb配制成含量较高的合金（称母合金），然后再用母合金与pb配成工作合金。
铅钙合金中加锡除了增加流动性外，还有改善实效特性、改善电池后期放电特性的作用。铅钙合金中的锡含量在1%左右用于板栅正极板时，可以明显改善电池后期容量衰减现象（无锑效应）。现在考虑到环保的原因，有些厂家在生产电动助力车电池极板时正极板栅已采用铅钙高锡合金。
    铅钙多元合金中的钡、钠：加入钡、钠不外乎改善结晶结构、增加合金强度、改善合金延伸率、改善合金浇铸性能。
电动车电池正极板栅采用铅钙合金，其含锡量提高到1%左右，单独采用pb-ca-sn-a1合金与pb-ca-a1另外加成分的合金中的sn含量浮动较大，前者一般1.2%～1.5%左右，后者0.5%～0.8%左右；负极含锡量在0.1-0.2%就可以了。
    深循环电池正极用铅钙锡铝合金有两个不足，其一，因该合金氧化严重，损耗大；其二，后期容量衰减速度较铅锑合金快（常常靠增加锡含量和加入其它金属来解决）。
当然，不同的厂家在生产中有不同的侧重点，难强求一致。
    六、蓄电池板栅的浇铸：
    板栅生产可分为手工铸板和机器铸板两种方法，手工铸板具有投资小，操作简单的优点，缺点是生产效率低、劳动强度大、铅氧化烧损严重、生产成本高。机器（铸 板机）生产一次性投资较大，但生产效率高、生产成本低、劳动强度低。现在的中等规模蓄电池厂多采用机器浇铸板栅。