降低鉛酸蓄電池銅板柵電鍍不合格品率的研究

丁冬，文福亮（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，湖北 武漢 430064）

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降低鉛酸蓄電池銅板柵電鍍不合格品率的研究

丁冬，文福亮
（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，湖北 武漢 430064）

摘要：本文對(duì)鉛酸蓄電池銅板柵電鍍工藝中出現(xiàn)問(wèn)題的影響因素進(jìn)行了分析和研究，通過(guò)對(duì)電鍍?cè)O(shè)備掛鉤及導(dǎo)電接觸部位的清潔處理，飛靶頭表面去氧化保養(yǎng)及鍍鉛陽(yáng)極條厚度統(tǒng)一等措施，大幅度降低了鉛酸蓄電池銅板柵電鍍生產(chǎn)過(guò)程中的不合格品率。

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；銅板柵；重量偏差；電鍍?cè)O(shè)備；飛靶頭；鍍鉛陽(yáng)極條；去氧化；不合格品率

0 前言

鉛酸蓄電池在大電流放電、浮充壽命和自放電性能等方面具有優(yōu)勢(shì)，但循環(huán)壽命相對(duì)較短，電池的比能量較低，主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)蓄電池的非活性物質(zhì)鉛的用量較大。為了降低板柵的質(zhì)量，提高鉛酸蓄電池的比能量，現(xiàn)今主要采用輕型板柵作為負(fù)極板柵來(lái)替代傳統(tǒng)的鉛基合金負(fù)極板柵[1-4]。鍍鉛銅板柵由于質(zhì)量小，且機(jī)械強(qiáng)度明顯優(yōu)于鉛制板柵，常用來(lái)作為蓄電池的負(fù)極板柵。采用這種輕型板柵后，蓄電池的大電流放電容量及電壓性能都優(yōu)于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，而且提高了電極活性物質(zhì)利用率，大幅度地提高了短時(shí)率放電比[5-6]。但是由于電鍍工藝較為復(fù)雜，銅板柵電鍍后的負(fù)極板柵易出現(xiàn)表面漏銅、重量超出范圍等現(xiàn)象，用其組裝成電池后，鍍鉛層的缺陷會(huì)導(dǎo)致鉛溶解，從而導(dǎo)致析氫量增加和容量損失，影響整個(gè)電池的性能[7]。本文重點(diǎn)對(duì)銅板柵電鍍工藝中出現(xiàn)問(wèn)題的影響因素進(jìn)行分析和研究，來(lái)尋找合理高效的電鍍工藝方法。

1 銅板柵電鍍工藝流程

銅拉網(wǎng)在其生產(chǎn)及成型過(guò)程中，表面易沾染油類物質(zhì)，電鍍時(shí)必須首先進(jìn)行脫脂（即除油）處理；銅網(wǎng)脫脂后，進(jìn)入浸蝕工序，浸蝕可將銅網(wǎng)上的氧化膜和銹蝕物除掉，提高銅網(wǎng)基體與鍍層的結(jié)合強(qiáng)度； 銅網(wǎng)浸蝕后必須經(jīng)過(guò)流水和純水徹底清洗才能轉(zhuǎn)入電鍍工序。銅板柵電鍍流程如圖 1 所示。

圖 1　銅板柵電鍍流程圖

銅板柵電鍍液制備過(guò)程：① 將純水注入鍍液配制槽中，在攪拌的情況下加入氫氟酸和硼酸，氫氟酸和硼酸反應(yīng)生成氟硼酸；② 接著在鍍液中加入鉛粉，使氟硼酸與鉛粉中的氧化鉛反應(yīng)生成氟硼酸鉛；③ 靜置后過(guò)濾，再加入木素磺酸鈉，攪拌均勻即配制完成了銅板柵電鍍所需的電鍍液。具體化學(xué)反應(yīng)式如下：

2 電鍍過(guò)程的影響因素

如圖 1 所示，銅板柵電鍍工藝主要包括預(yù)處理、水洗、酸洗、鍍鉛、水洗、烘干等工序。由于整個(gè)電鍍工藝過(guò)程較為復(fù)雜，銅板柵電鍍后的負(fù)板柵容易出現(xiàn)漏銅、重量偏差等不合格現(xiàn)象。因此，我們對(duì)過(guò)去一年各個(gè)季度銅板柵電鍍生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的不合格品進(jìn)行了分析統(tǒng)計(jì)，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表 1所示。

表 1 電鍍生產(chǎn)過(guò)程中不合格品的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

由表 1 可以看出，由負(fù)極板柵重量偏差產(chǎn)生的不合格品數(shù)占了總不合格品數(shù)的 80.3 %，因此，我們重點(diǎn)針對(duì)使負(fù)板柵重量產(chǎn)生偏差的影響因素進(jìn)行分析和研究。

2.1 電鍍?cè)O(shè)備的掛鉤及導(dǎo)電接觸部位

掛鉤是電鍍不可缺少的工具。在銅網(wǎng)電鍍過(guò)程中，有兩種掛鉤，一種用于連接陽(yáng)極條和極棒，另一種用于連接銅網(wǎng)和極棒。掛鉤既要固定銅網(wǎng)和鉛陽(yáng)極條，又要保證電流均勻地流過(guò)銅網(wǎng)，因此，它必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電性能，且接觸牢固。

由于導(dǎo)電接觸直接影響電流的分布，所以各個(gè)接觸點(diǎn)應(yīng)保持銅的金屬色澤，這樣既能降低電阻也能減少由于局部接觸不佳導(dǎo)致的電流分布不均或不導(dǎo)電。當(dāng)用多片銅網(wǎng)并聯(lián)電鍍時(shí)，如果接觸不好導(dǎo)致電流分布不均，會(huì)引起鍍層重量的差異。因?yàn)樵陔婂冞^(guò)程中，掛鉤的導(dǎo)電接觸部位易堆積形成許多鉛瘤，所以應(yīng)該經(jīng)常對(duì)導(dǎo)電接觸部位進(jìn)行刷洗，保持潔凈。

為了了解掛鉤及其導(dǎo)電接觸部位的清潔度對(duì)電鍍效果的影響，進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)：① 在掛鉤及導(dǎo)電接觸部位未清潔刷洗的情況下，對(duì)銅板柵電鍍生產(chǎn)出的負(fù)板柵進(jìn)行了檢測(cè)，共生產(chǎn)鍍鉛銅板柵 500片，其中電鍍后負(fù)板柵重量偏輕造成的不合格品數(shù)量為 9 片，不合格品率 2.2 %；② 用噴火槍將掛鉤表面導(dǎo)電接觸部位的鉛瘤進(jìn)行灼燒后，用銅刷對(duì)掛鉤表面進(jìn)行刷洗清理，在其它條件不變的情況下，同樣檢測(cè)生產(chǎn)出的鍍鉛銅板柵 500 片，發(fā)現(xiàn)負(fù)板柵重量偏輕造成的不合格品為 7 片，不合格品率為1.8 %。由此可以看出，對(duì)掛鉤及導(dǎo)電接觸部位進(jìn)行清潔處理后，不合格品率由 2.2 % 降為 1.4 %，不合格品率略為降低，可以得出掛鉤及導(dǎo)電接觸部位不是對(duì)負(fù)板柵重量造成偏差的主要影響因素；但掛鉤表面的清潔度還是會(huì)對(duì)負(fù)板柵重量偏差造成影響，所以電鍍過(guò)程中還是應(yīng)經(jīng)常對(duì)掛鉤的導(dǎo)電接觸部位進(jìn)行刷洗清潔處理。

2.2 電鍍?cè)O(shè)備的飛靶頭

電鍍?cè)O(shè)備的飛靶頭呈 V 字形，是電鍍過(guò)程中的重要部件。其暴露在空氣中，所以表面易氧化形成厚厚的氧化層，造成飛靶頭的表面凹凸不平 (圖 2)。

為了研究飛靶頭表面氧化層對(duì)電鍍?cè)斐傻挠绊?，做了如下?duì)比試驗(yàn)：在飛靶頭未經(jīng)表面處理的情況下，對(duì)銅板柵電鍍生產(chǎn)出的負(fù)板柵進(jìn)行了檢測(cè)，共生產(chǎn)鍍鉛銅板柵 500 片，其中不合格品數(shù)量18 片，不合格品率為 3.6 %；用打磨機(jī)將飛靶頭表面的氧化層打磨掉，將表面的凹凸面打平，在其它電鍍條件不變的情況下，同樣檢測(cè)生產(chǎn)出的鍍鉛銅板柵 500 片，發(fā)現(xiàn)其中不合格品數(shù)量 10 片，不合格品率為 2 %。

分析原因主要是：飛靶頭在長(zhǎng)時(shí)間工作中，不注意保養(yǎng)，表面被氧化和腐蝕，從而導(dǎo)致接觸面契合性差；由于飛靶頭契合不好，使電路接觸不良，電流不穩(wěn)定，導(dǎo)致不合格品率高。為此我們對(duì)飛靶頭表面的氧化層進(jìn)行了人工打磨，消除氧化層，同時(shí)將表面的凹凸面打平，使接觸面光潔平整，消除接觸不良帶來(lái)打火花的現(xiàn)象。

為了進(jìn)一步研究飛靶頭表面的氧化層對(duì)電鍍?cè)斐傻挠绊?，在其它條件不變的情況下，對(duì)飛耙頭進(jìn)行了打磨去氧化保養(yǎng)。對(duì)飛靶頭保養(yǎng)后生產(chǎn)出的鍍鉛銅板柵的不合格品率統(tǒng)計(jì)如表 2 所示。從表 2 可以看出，在對(duì)飛靶頭進(jìn)行保養(yǎng)后，不合格品率由3.6 % 降低到平均值 1.90 %，降低了 1.7 %，不合格品率大幅度降低。由此可以得出在電鍍過(guò)程中，需要經(jīng)常檢查電鍍?cè)O(shè)備飛靶頭表面的氧化情況，對(duì)其進(jìn)行定期去氧化保養(yǎng)。

圖 2　飛靶頭

表 2　飛耙頭保養(yǎng)后不合格品的統(tǒng)計(jì)表

2.3 鉛陽(yáng)極條厚度的影響

因?yàn)樵陔婂冞^(guò)程中，要通過(guò)陽(yáng)極條給電鍍液補(bǔ)充陽(yáng)離子，所以對(duì)銅板柵進(jìn)行電鍍時(shí)要采用純鉛的陽(yáng)極條，銻、銀和銅的含量要盡量低，以免形成陽(yáng)極泥，使鍍層粗糙。如果停產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)取出鉛陽(yáng)極條，以免鉛陽(yáng)極過(guò)分溶解，造成溶液成分失調(diào)。在電鍍銅板柵時(shí)，鉛陽(yáng)極條會(huì)一直溶解，不斷消耗，陽(yáng)極條消耗得不均勻會(huì)導(dǎo)致電鍍液里陽(yáng)離子補(bǔ)充不及時(shí)。因此，我們?cè)陉?yáng)極條厚度不一樣的情況下進(jìn)行了測(cè)試，分別試鍍 400 片，生產(chǎn)出的鍍鉛銅板柵的不合格品統(tǒng)計(jì)如表 3 所示。

表 3　不同厚度鉛陽(yáng)極條電鍍生產(chǎn)的不合格品統(tǒng)計(jì)表

在澆注陽(yáng)極條的過(guò)程中，沒(méi)有關(guān)于厚度統(tǒng)一的工藝標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致澆注成形的陽(yáng)極條的厚度不一致。從表 3 可以看出，陽(yáng)極條的厚度越薄，鍍鉛銅板柵的不合格品率越高。為此，我們根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將陽(yáng)極條的厚度標(biāo)準(zhǔn)范圍設(shè)定為（30±1）mm，重新澆注，同時(shí)將不符合要求的陽(yáng)極條進(jìn)行更換，然后電鍍生產(chǎn)鍍鉛銅板柵，不合格品率統(tǒng)計(jì)如表 4所示。

表 4　陽(yáng)極條厚度統(tǒng)一后電鍍生產(chǎn)的不合格品統(tǒng)計(jì)表

由表 4 可以看出，在對(duì)陽(yáng)極條的厚度進(jìn)行統(tǒng)一后，不合格品率大幅降低。因此在電鍍生產(chǎn)前，需要對(duì)澆注的陽(yáng)極條的厚度進(jìn)行統(tǒng)一，使其厚度控制在（30±1）mm，將不符合要求的陽(yáng)極條進(jìn)行更換，在電鍍過(guò)程中需經(jīng)常檢查鉛陽(yáng)極條的消耗情況，及時(shí)進(jìn)行更換。

為了進(jìn)一步確認(rèn)對(duì)負(fù)板柵重量造成偏差的主要影響因素，在電鍍前我們對(duì)飛靶頭表面進(jìn)行了去氧化保養(yǎng)，同時(shí)對(duì)陽(yáng)極條的厚度進(jìn)行統(tǒng)一后，進(jìn)行生產(chǎn)，并與上一年相同月份下電鍍生產(chǎn)的負(fù)板柵數(shù)量和不合格品率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表 5，不合格品率明顯降低。

表 5 飛靶頭保養(yǎng)及陽(yáng)極條厚度統(tǒng)一前后電鍍生產(chǎn)的不合格品對(duì)比

3 結(jié)論

通過(guò)本文測(cè)試和分析得出：

（1）重量偏差是電鍍銅板柵不合格品的主要方面。電鍍?cè)O(shè)備的掛鉤及其導(dǎo)電接觸部位、飛靶頭和鍍鉛陽(yáng)極條的狀況都會(huì)對(duì)負(fù)板柵的不合格品率有較明顯的影響。

（2）電鍍?cè)O(shè)備的掛鉤及導(dǎo)電接觸部位不是負(fù)板柵重量產(chǎn)生偏差的主要影響因素，但掛鉤表面的清潔度會(huì)對(duì)負(fù)板柵重量偏差造成影響，因此，電鍍過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常對(duì)掛鉤的導(dǎo)電接觸部位進(jìn)行刷洗清潔處理。

（3）對(duì)飛靶頭的表面進(jìn)行去氧化保養(yǎng)后，板柵的不合格品率大幅度降低，因此，需要經(jīng)常檢查電鍍?cè)O(shè)備飛靶頭表面的氧化情況，對(duì)其進(jìn)行定期去氧化保養(yǎng)。

（4）在對(duì)鍍鉛陽(yáng)極條的厚度進(jìn)行統(tǒng)一后，生產(chǎn)出的鍍鉛銅板柵的不合格品率大幅降低，因此在電鍍過(guò)程中應(yīng)對(duì)鍍鉛陽(yáng)極條的厚度進(jìn)行統(tǒng)一，并要經(jīng)常檢查鉛陽(yáng)極條的消耗情況，以及時(shí)進(jìn)行更換。

參考文獻(xiàn)：

[1] Prengaman R D. Challenges from corrosionresistant grid alloys in lead acid battery manufacturing [J]. J. Power Sources, 2001, 95 (1/2) : 224-233.

[2] 李黨國(guó), 周根樹, 鄭茂盛. 鉛酸蓄電池板柵材料的研究進(jìn)展[J]. 電池, 2004, 34 (2) :132-134.

[3] 許艷芳, 司鳳榮, 錢志剛, 等. 水平鉛酸蓄電池[J].電池, 2003, 33 (1) : 33-35.

[4] 閻新華, 劉玉剛, 孔德龍, 等. 電沉積板柵—— 一種新的鉛酸蓄電池板柵制造技術(shù)[J]. 蓄電池, 2002; 39(4): 158-160.

[5] Rusin A I. New materials for current-conducting components in lead/acid batteries[J]. Journal of Power Sources, 1991, 36(4): 473.

[6] 左井戶. 鉛酸蓄電池用鍍銅電極板柵: J P 63-86354[P]. 1988-04-16.

[7] 陳國(guó), 董為毅, 朱松然. 鉛酸蓄電池銅負(fù)極板柵研究綜述[J]. 蓄電池, 1996(4): 33-35.

Research on reducing the nonconforming rate of Pb-plated copper grids of lead-acid batteries

DING Dong, WEN Fuliang
(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, CSIC, Wuhan Hubei 430064, China)

Abstract:In this paper, we analyze and study the effect factors appear during the plating process of copper grids of lead-acid batteries. By the way of cleaning the hook of plating equipment and its conductive contact parts, deoxidizing and maintaining the surface of copper target, unifying the thickness of anode strips used for lead plating and other measures, the nonconforming rate of lead plated copper grids of lead-acid batteries was greatly reduced in the process of electroplating production.

Key words:lead-acid battery; copper grid; weight deviation; electroplating equipment; copper target; lead plated anode strips; deoxidizing; nonconforming rate

收稿日期：2015-09-29

中圖分類號(hào)：TM 912.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1006-0847(2016)02-69-04