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阀控密封铅酸蓄电池漏液现象分析

本文针对阀控密封铅酸蓄电池在使用过程中普遍存在的漏液现象,从工作原理及应用现状方面进行分析和探讨,并提出了提高电池密封性能的改进意见和方法。

1.引言
阀控密封铅酸蓄电池是70年代末开发的一种新型蓄电池,在通信和电力等行业被广泛用作备用电源,在我国已有十多年的历史,由于具有少维护,无腐蚀、无污染等优点,受到越来越多客户青睐,现已基本取代了防酸隔爆和镍镉固定型电池。但在使用过程中也暴露出一些问题,如个别蓄电池寿命偏短、浮充电压低和漏液等,特别是漏液现象很普遍。


2.蓄电池组成及工作原理
2.1组成
阀控密封铅酸蓄电池主要由正负极极群、电解液、隔板、电池槽盖、安全阀和极柱端子等零部件组成。
2.2工作原理
由于正负极放电产物都是硫酸铅,因此又称为双极硫酸盐理论。在充电后期还存在水电解反应,有一定量的气体产生。在普通铅酸电池中由于有气体产生无法密封,因此要想实现密封必须抑制或消除H2和O2。通过在负极极板材料中加入钙金属提高了H2析出的电位,使电池在正常充电下不产生H2。同时采用贫液紧装配技术,使正极O2很容易到达负极,发生如下反应O2得到消除


3.电池漏液现象分析
3.1电池漏液与电解液量的关系
密封电池设计的一个基本原理就是采用贫液技术,使正极产生的O2通过电池内循环在负极上得到最大程度的复合吸收,以此完成电池内部气体的再化合,维护电解液中水的平衡,从而使得电池得以密封。如果电解液量过多,会使内部气体再化合通道受阻,电池内部气体增多,压力增加,容易在电池密封处的缺陷部位产生漏液。因此电池的加酸量一定要适量。就密封电池10 h放电率放电而言,一般控制电解液密度为1.10,放电前电解液密度为1.30,根据电池反应可以计算出每Ah电池最少用酸量。放电前所需的纯H2SO4量为:W(H2SO4)=V·d·m,纯H2O量为:W(H2O)=V·d(1-m),放电后所需的纯H2SO4量为:W(H2SO4)=V·d·n-3.36。
注:每放出1 Ah电量,消耗纯H2SO4 3.66 g、生产水0.67 g。
式中d——放电开始时电解液密度,为1.30;
m——放电开始重量百分比浓度,为38%;
n——放电后重量百分比浓度,为16%;
V——用d浓度的硫酸体积。
要想做到贫液就要保证所需电解液必须完全吸附在隔板中,并且还有部分气体通道,一般每Ah加入玻璃纤维隔板17 g,每g隔板饱和吸酸量为0.8 ml。因此最大吸酸量为13.6 ml,保证密封隔板吸酸量最大不能超过95%,一般为92%,即最大加酸量为12.5 ml,加酸量应控制在10.9~12.5 ml之间。
3.2电池易漏部位分析
通过长期使用观察,发现电池易漏部位主要在电池槽盖之间密封处、安全阀处、极柱端子密封处。各部位产生漏液原因各不相同,应进行全面分析后采取相应措施解决。
3.3电池槽盖密封方法
电池槽盖密封一般采用环氧胶粘密封和热熔密封2种方法。相对而言,热熔密封效果较好,方法是通过加热使电池槽盖塑料(ABS或PP)热熔后加压熔合在一起。如果热熔温度和时间控制好,并且密封处干净无污物,密封是可靠的。对热熔密封漏液电池解剖观察,密封处存热熔层,有蜂窝状沙眼,不是很致密,由于电池内部存在O2,在一定气压下,O2带着酸雾沿沙眼通道产生漏液。环氧胶粘接密封漏液较多,特别是卧放电池。如果环氧胶配方和固化条件控制好,可以实现密封。经过对漏液电池解剖发现,密封胶与壳体粘接是界面粘接,结合力不大,容易脱落,漏液处有缺胶孔或龟裂。由于环氧胶流动性较差(特别是低温固化)易造成密封槽某些局部没有填满胶,产生漏液通道,龟裂(细小裂纹)主要发生在架柜卧放电池中,由于重力作用,架柜变形使电池密封胶层受力,环氧胶固化又很脆,在外力作用下,容易产生龟裂造成漏液。
3.4安全阀漏液原因分析
安全阀在一定压力下起密封作用,超过规定压力(开启压力)时安全阀自动打开放气,保证电池安全,造成安全阀漏液主要原因如下。
a. 加酸量过多,电池处于富液状态,致使O2再化的气体通道受阻,O2增多,内部压力增大,超过开启压力,安全阀开启,O2带着酸雾放出,多次开启,酸雾在安全阀周围结成酸液。
b. 安全阀耐老化性差,使用一段时间后,安全阀的橡胶受O2和H2SO4腐蚀而老化,安全阀弹性下降,开启压力下降,甚至长期处于开启状态,造成酸雾,产生漏液。
3.5极柱端子漏液原因分析
极柱端子密封的普遍方法是:先将极柱同电池盖上的铅套管焊接在一起,再灌上一层环氧密封胶密封。电池在安装使用1 a以上就有个别电池极柱端子产生漏液,使用3~5 a端子漏液就较多了,并且正极比负极严重,这是目前国内密封电池普遍存在的问题。通过解剖发现极柱端子已被腐蚀,H2SO4沿着腐蚀通道在内部气压作用下,流到端子表面产生漏液,也叫爬酸或渗漏,端子腐蚀原因是在酸性条件下O2腐蚀所致:
正极:Pb+O2+4H+→PbO+H2O
负极:Pb+O2+ H2SO4→PbSO4+H2O
腐蚀产生的PbO和PbSO4都是多孔状,H2SO4在内部气压作用下,沿着腐蚀孔爬到外面而漏液。相对而言,腐蚀速度比较缓慢,因此要在使用较长一段时间才产生漏液,同时正极腐蚀速度大于负极,因此正极漏液严重。由于焊接一般采用的是乙炔氧气气体焊接,焊时极柱表面形成一层PbO,PbO很容易同H2SO4反应更加快了腐蚀速度,缩短了漏液时间。架柜卧放硬连接安装方式的电池更容易产生漏液,由于电池重力作用架柜横梁变形,硬连接会使端子受力,密封胶层易脱离,更易漏液。


4.电池漏液解决措施
4.1电池槽盖漏液解决措施
a. 对于热熔密封电池要严格控制热熔温度和时间,并保持热熔表面干净整洁。
b. 将热熔和胶粘剂密封相结合,先采用热熔密封,再用密封胶密封。
c. 对于环氧胶密封,应建立高温固化室,使环氧胶更好地固化。
d. 选用溶解类的密封胶进行密封,如ABS塑料电池槽盖采用丙烯脂类密封胶,使电池槽盖溶为一体,密封更加可靠。
4.2安全阀漏液解决措施
a. 采用耐老化的橡胶(如氟橡胶)制作安全阀,延长耐老化时间。
b. 定期更换安全阀,保证安全阀的可靠性,一般3 a更换一次较为适宜。
c. 改变安全阀结构,使其开启压力可调。目前柱式安全阀是较为完美的结构,柱式安全阀使用的橡胶较多,耐老化性能好,同时压力可调,发现老化(开启压力下降)可适当调整,增加开启压力,保证其密封性。
4.3极柱端子漏液解决措施
a. 采用惰性气体保护性焊接(如氩弧焊)使焊接面不被氧化,延缓腐蚀速度。
b. 加高极柱端子,延长密封胶层高度,延长腐蚀漏液时间。
c. 取消焊接密封方式,采用橡胶压紧密封,阻断O2通道,延缓腐蚀速度。如果极柱端子密封高度设计合理,在电池使用寿命期可以实现不漏液。

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