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圣阳蓄电池——电池的失效模式及其原因

圣阳蓄电池——电池的失效模式及其原因
  
圣阳蓄电池——电池的失效模式及其原因
1、电池的正极板软化
  电池的正极板是由板栅和活性物质组成的,其中活性物质的有效成分就是氧化铅。放电的时候氧化铅转为硫酸铅,充电的时候硫酸铅转为氧化铅。氧化铅是由α氧化铅和β氧化铅组成的,在2种氧化铅中以其中α氧化铅荷电能力小但是体积大,比β氧化铅坚硬,主要起支撑作用;β氧化铅恰好相反,荷电能力大但是体积小,比α氧化铅软,主要起荷电作用。α氧化铅是在碱性环境中生成的,在电池内部一旦出现参与放电以后,充电只能够生产β氧化铅。正极板的活性物质是多孔结构的,就与电解液——硫酸的接触面积来说,多孔结构是平面的数十倍。如果α氧化铅参与放电以后,重新充电以后只能够生成β氧化铅,这样就失去了支撑,不仅仅会产生正极板活性物质脱落,而且脱落的活性物质还会堵塞正极板的微孔,导致正极板参与反应的真实面积下降,形成电池容量的下降。后备电源的电池使用年限要求比较严格,对电池的容量要求比较宽,因此后备电源使用的电池α氧化铅和β氧化铅比例比深循环的动力型电池大一些。为了减少α氧化铅参与放电,一般控制放电深度仅仅为40%。随着电池的使用时间的增加,电池的容量下降,新电池放电40%的电量,对于旧电池来说必然超过40%的,所以旧电池就相当于放电深度深,电池的正极板软化也会被加速。所以,电池的容量寿命曲线的后期下降速率远远高于中期。电池容量越小,放电深度越深,α氧化铅损失也越多,正极板软化也越严重,导致电池容量下降越快,形成了恶性循环。
  这样,电池的放电深度需要严格控制。实现这个控制的是靠基站的电源管理系统的设置。目前控制电池放电深度的主要标准还是一次放电量和放电电压。这样,尽可能避免在应急的时候强制放电,而应该按照放电量来增加电池的容量。
  2、电池的正极板腐蚀
  正极板的板栅中的铅在充电过程中或被氧化为氧化铅,并且不能够再还原为铅,形成正极板腐蚀。而氧化铅的体积比铅的体积大,形成体积线性增加变形,使正极板活性物质与板栅脱离,导致正极板失效。而过充电会严重加速正极板腐蚀。我们一般以为不会产生过充电状态。实际上,基站的浮充电压如果跟不上环境温度的上升而进行下降的补偿,过充电就产生了。如基站的空调不够或者损坏,电池的过充电也会产生。这样电池的正极板板栅在不同的使用条件下会有不同的腐蚀速度。长三角和珠三角地区的正极板腐蚀也会比内地严重,这与电池的使用环境温度关系密切。
 
3、电池的负极板硫化
 
电池放电以后,负极板的铅转换为硫酸铅,如果不及时充电或者充电时间比较长,这些硫酸铅晶体就会逐步聚积而形成粗大的硫酸铅结晶,采用普通的充电方式是无法恢复的所以称为不可逆硫酸铅盐化,简称硫化。
  在折合单格电压为2.25V的浮充状态下,电池基本充满电需要一周的时间,完全充满电需要28天的时间,其间电池就处于欠充电状态。在电池放电以后的12小时,就可以发现产生粗大的硫酸铅结晶。在发生电荒的地区,电池的硫化相当严重。
  在一般浮充状态下使用,随着日夜环境温度的变化,硫酸铅结晶也会聚积而形成粗大硫酸铅结晶而导致硫化。
  在冬季环境温度比较低的时候,电池的浮充电压应该相应的提升,如果浮充电设备没有依据室温相应的调解上升,电池欠充电就会产生,电池硫化也就产生了。
  失水的电池相当于电解液的硫酸浓度上升,也形成了加速电池硫化的条件。
  较快速的充电可以抑制电池的硫化,基站的充电电流相对都比较小,所以硫化程度比充电电流大的电池严重。另外,浮充电压波动越小,浮充电流的扰动越小,也形成了电池硫化的条件。
  采用低锑合金的正极板的电池,浮充电压比较低,也比其它铅钙锡铝合金电池更加容易出现硫化。
  从上面的硫化失效原因看看,很多电池是无法避免的。特别是电池组发生单体电池落后的时候,个别落后的单体电池处于欠充电状态,这样该电池比其它电池更加容易硫化。
  电池一旦出现硫化,靠单纯的浮充和均充是无法解决的,必须采取其它措施。目前我公司的技术主要就是消除电池的硫化,使之恢复原有标称容量,重新投入使用。
  4、电池的失水
  电池充电达到单体电池2.35V(25℃)以后,就会进入正极板大量析氧状态,对于密封电池来说,负极板具备了氧复合能力。如果充电电流比较大,负极板的氧复合反应跟不上析氧的速度,气体会顶开排气阀而形成失水。如果充电电压达到2.42V(25℃),电池的负极板会析氢,而氢气不能够类似氧循环那样被正极板吸收,只能够增加电池气室的气压,最后会被排出气室而形成失水。电池具备负的温度特性,其析气也与温度特性一致。当电池温升以后,电池的析气电压也会下降,温升会导致电池容易析气失水。长三角和珠三角地区夏季环境温度比较高,如果没有空调或者空调容量不足,会使电池失水增加。如果单体电池的浮充电压折合为2.25V,在30℃的时候,电池失水比25℃条件下增加一倍,在40℃条件下,电池失水是25℃的8倍左右,除非相应的降低浮充电压。
  如果电池的正极板含锑,随着锑的循环,部分的转移到负极板上面。由于氢离子在锑还原的超电势约低200mV,于是负极板锑的积累会导致电池的充电电压降低,充电的大部分电流用来做水分解而形成失水。所以,在大型固定型电池中应该逐步淘汰低锑正极板的电池。另外,对在电池生产过程中,应该严格控制铅钙锡铝正极板的含量。

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