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。