閥控蓄電池AGM隔板的研究

高根芳，李鵬，李進(jìn)興，侯國友，姚秋實(shí)

（天能電池集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，浙江 長興 313100）

0 引言

電動(dòng)車電池需要多只串聯(lián)使用。由于單只落后，整組電池的壽命比單只電池的循環(huán)壽命短很多，而且串聯(lián)的電池?cái)?shù)量越多，單只落后的幾率越大，整組電池的容量衰減越明顯。影響電池均衡性的因素有很多[1]，如被稱為電池“第三極”的隔板，對(duì)電池性能就具有很重要的影響。

1 失效電池分析

在解剖退回電池時(shí)常常會(huì)發(fā)現(xiàn)，有些電池的極群難以從電池槽中拔出，而有些卻易于拔出。極群難以拔出主要是由多次循環(huán)后活性物質(zhì)膨脹引起的。極群易于拔出的這類情況主要是由于極群壓力過小。將失效電池組中落后單只電池進(jìn)行解剖，并測(cè)試其極群壓力。從表 1 中可以看出，失效電池具有相同現(xiàn)象—極群壓力較低。這表明隔板在電池多次充放電循環(huán)中已經(jīng)疲勞，無法保持良好的彈性。本文中，筆者主要研究 AGM 隔板抗疲勞性（耐久性）對(duì)電池壽命的影響。

2 實(shí)驗(yàn) AGM 隔板與普通 AGM 隔板比較

根據(jù)以上情況分析，具有良好抗疲勞特性的隔板應(yīng)該有利于電池性能的改善。為了獲得具有良好抗疲勞特性的隔板，將 34?SR 火焰棉和 24?SR 離心棉按照一定質(zhì)量比混合制得試驗(yàn) AGM 隔板，因?yàn)榛鹧娣ǖ膬?yōu)點(diǎn)是直徑較細(xì)，但直徑離散程度較大，而離心棉的直徑分布范圍窄，但直徑較粗。普通AGM 隔板為 29?SR 火焰棉隔板。試驗(yàn) AGM 隔板和普通 AGM 隔板耐久性測(cè)試如圖 1。在干態(tài)下 200次壓縮后，實(shí)驗(yàn)隔板保留率為 61.6 %，普通隔板為 52.8 %；在濕態(tài)下 200 次壓縮后，實(shí)驗(yàn)隔板為38.4 %，普通隔板保留率為 34.8 %。實(shí)驗(yàn)隔板的干、濕態(tài)抗疲勞性都比普通隔板的好?？梢灶A(yù)見，抗疲勞性越好，在循環(huán)過程中電池的極群壓力保持性越好，更有利于減緩電池容量衰減，延長電池壽命[2]。

表1 失效電池的極群壓力

圖1 實(shí)驗(yàn) AGM 隔板與普通 AGM 隔板干態(tài)（左）和濕態(tài)（右）抗疲勞性能

兩種隔板的其它常規(guī)性能見表 2。實(shí)驗(yàn) AGM隔板的定量、回彈和叩解度均比普通隔板的高，但是最大孔徑與普通隔板的相比減小了。有文獻(xiàn)報(bào)道，隔板中細(xì)纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，最大孔徑越小，孔隙率越低[5]。叩解度越高表示隔板中細(xì)纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，填充在粗纖維空隙中的細(xì)纖維越多[3]。試驗(yàn)中，34?SR 玻璃棉與 24?SR 離心棉混合后叩解度為 34.1?SR。叩解度變化不大，一方面是受到玻璃棉和離心棉混合時(shí)質(zhì)量比的影響，另一方面是受到水溫、漿料濃度、操作規(guī)程、儀器狀況等因素的影響[3]。另外，叩解度是指平均直徑的情況，但不能描述直徑分布的情況[4]。離心棉與較細(xì)的玻璃棉混合，細(xì)玻璃棉填充在較粗的玻璃棉中，雖然單位體積內(nèi)填充纖維較多，定量較大，加壓吸酸值也相應(yīng)減小，但是有一定質(zhì)量的粗纖維可以保持纖維結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，隔板較難壓縮，回彈性好。

表2 不同隔板常規(guī)性能

3 AGM 隔板對(duì)電池性能影響

控制極板質(zhì)量公差為 ±1g，采用兩種隔板分別組裝成 12V/20 Ah 電池，分別測(cè)試極群裝配壓力和化成后極群裝配壓力（見圖 2）。實(shí)驗(yàn)隔板極群平均裝配壓力 68.3 kPa，普通隔板極群裝配壓力63.2 kPa。在干態(tài)下，實(shí)驗(yàn)隔板極群平均裝配壓力比普通隔板極群高 5 kPa 左右?；珊髮?shí)驗(yàn) AGM隔板的平均裝配壓力在 37.6 kPa 左右，普通隔板裝配壓力 30.7 kPa，實(shí)驗(yàn)隔板極群濕態(tài)平均壓力比普通隔板高 7 kPa。實(shí)驗(yàn) AGM 隔板的干態(tài)裝配壓力和濕態(tài)裝配壓力都比普通隔板高。由圖 3 可見，實(shí)驗(yàn)隔板的濕態(tài)壓力/干態(tài)壓力值約為 55 %，而普通隔板的在 48 % 左右，且波動(dòng)性比實(shí)驗(yàn)隔板的大。這說明，實(shí)驗(yàn)隔板具有更好的濕態(tài)保壓性能和穩(wěn)定性。

對(duì)兩種隔板組裝的電池，4 只成組進(jìn)行循環(huán)實(shí)驗(yàn)（見圖 4）。對(duì)于采用普通 AGM 隔板的電池，約在第 100 次 循環(huán)時(shí)容量迅速下降，壓差逐漸增加，因單只落后，在第 220 次循環(huán)后壽命終止；而采用實(shí)驗(yàn) AGM 隔板的電池在 220 次循環(huán)后還有21.2 Ah 的容量，壓差始終保持在 1.0 V 以內(nèi)。結(jié)合隔板物理性能分析，在加壓吸酸量、定量和最大孔徑差異不大的情況下，回彈性、隔板的抗疲勞性對(duì)電池循環(huán)壽命影響更大。實(shí)驗(yàn)隔板在循環(huán)中保持著良好的極群壓力，隔板與極板緊緊貼合，有利于酸擴(kuò)散，減少了電池內(nèi)阻，更有利電池容量的保持。在較低的極群壓力下，活性物質(zhì)多次膨脹后變得疏松，容易導(dǎo)致極板軟化，另外極群壓力小，氧復(fù)合效率低，充電接受受阻，導(dǎo)致電池壽命衰減較快[6]。

圖2 普通隔板極群（左）和實(shí)驗(yàn)隔板極群（右）的化成前干態(tài)和化成后濕態(tài)裝配壓力

圖3 極群濕態(tài)壓力/干態(tài)壓力值

圖4 實(shí)驗(yàn)隔板和普通隔板循環(huán)壽命測(cè)試

4 結(jié)論

對(duì)失效電池極群壓力進(jìn)行分析，電池濕態(tài)壓力不均衡是導(dǎo)致電池失效的主要原因之一。具有良好濕態(tài)保壓性能和抗疲勞性能的 AGM 隔板可以延緩電池容量衰減，提高電池全生命周期容量，延長電池使用壽命。在其它 AGM 隔板指標(biāo)差異不大的情況下，AGM 隔板的濕態(tài)保壓性能和耐久性能更值得關(guān)注。

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