縮短膠體電池化成時間應(yīng)用實踐

徐冬明，王景川，李靜

（雙登集團股份有限公司，江蘇 泰州 225500）

0 引言

膠體電池生產(chǎn)周期長，拉長了交付周期，影響客戶的業(yè)務(wù)推進，導(dǎo)致提拉定單的訴求時有發(fā)生。經(jīng)分析，生產(chǎn)周期長的主要原因在于化成時間長達12 d（占整個生產(chǎn)周期的 60 %）。分析并尋求縮短膠體電池化成時間正是本文的主題。

1 化成時間組成分析

膠體電池化成總時間為 12 d，以一條化成線路為例，有如下組成：① 注酸、接線時間 0.25 d；②充電時間 7.25 d；③ 調(diào)酸時間 1.75 d；④ 放電時間0.5 d；⑤ 深放電時間 1 d； ⑥ 倒酸、注膠時間 0.25 d；⑦ 容檢時間（含容檢后的充電） 1 d。

調(diào)酸與充電時間占化成總時間的 75 %。電池調(diào)酸需要逐只進行 2 次：第 1 次將酸密度調(diào)到 1.23 g/cm3；第二次將酸密度調(diào)到 1.25 g/cm3。當(dāng) 240 只電池串聯(lián)時，每只電池需 5 min，整路串聯(lián)調(diào) 2 次需求時間合計則為 1.75 d。受充電效率影響，電池不能大電流短時間完成充電。同時，充電過程中會產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致電池溫度升高。一般，溫度超過 60 ℃ 就會對電池性能產(chǎn)生影響[1]。特別是在夏季，處于高溫環(huán)境中，充電過程中電池溫度很容易超過 60 ℃。受限于以上因素，電池充電時間較長，達 7.25 d。

調(diào)酸與充電外的 5 個步驟不是占用化成時間的主體，經(jīng)前期多次改進已沒有太大壓縮空間。如果有一種設(shè)備或方法可以將串聯(lián)調(diào)酸轉(zhuǎn)變成并聯(lián)調(diào)酸，1.75 d 的調(diào)酸時間將會被大大縮短。如果化成的電解液可以冷卻，化成過程中將電池溫度控制在60 ℃ 以下，就可以提高電流化成。鑒于此，酸循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)運而生。

2 試驗驗證

酸循環(huán)系統(tǒng)集成了儲酸、配酸、注酸、調(diào)酸、酸循環(huán)、酸冷卻等功能。每只電池與酸循環(huán)系統(tǒng)之間都存在電解液循環(huán)交換、冷卻，也就是對同路電池可以同時注酸、調(diào)酸。由于酸循環(huán)系統(tǒng)還具備酸冷卻、酸循環(huán)功能，可以帶走化成過程中產(chǎn)生的熱量，因此可以適當(dāng)提高化成電流，縮短化成時間。為進行驗證，我們引進一臺酸循環(huán)系統(tǒng)（見圖1）。

圖1 酸循環(huán)系統(tǒng)

對于一路電池來說，酸循環(huán)系統(tǒng)對其調(diào)酸用時總共只要 10 min，而且可以在充電的同時進行調(diào)酸，所以不需單獨設(shè)置調(diào)酸時間，即將原來的 2 次調(diào)酸時間由 1.75 d 壓縮為 0 d。在化成制式方面，將充電電流提高 30 %，保持充電量不變，所以充電時間相應(yīng)減少 30 %，計 2.17 d。注酸階段減少近 2 h，因此共計縮短時間 4 d。采用酸循環(huán)系統(tǒng)和原化成工藝各化成 100 只 OPzV490 電池，進行對比。按照表1，測試電池的相關(guān)指標(biāo)。其中，采用酸循環(huán)系統(tǒng)化成的電池循環(huán)性能測試方法如下：以2.0I10的電流恒流放電至單格平均電壓為 1.80 V，然后在14.1 V/單格恒壓下，限流 2.0I10充電 12 h。各 6 只電池串聯(lián)循環(huán)，重復(fù)運行此過程[2]。

表1 兩種化成方法對比表

針對采用酸循環(huán)系統(tǒng)后容放一致性略差，查找原因，發(fā)現(xiàn)酸循環(huán)系統(tǒng)在電解液循環(huán)時存在漏電流的問題。部分電流分流到電解液中，導(dǎo)致正極向負極的電流逐步減小（占比 2 %）。這是造成容放一致性偏低的主要原因。采用酸循環(huán)系統(tǒng)化成的電池循環(huán)性能略好，主要因為化成期間電池溫度始終在40 ℃ 以下，化成過程穩(wěn)定。

電池在化成過程中會產(chǎn)生氫氣，而氫氣的集聚有爆炸風(fēng)險。鑒于此，酸循環(huán)設(shè)備配有排氣機，把電池反應(yīng)生成的氣體不斷抽到工作罐中再排出，稀釋氫氣濃度。同時，在酸管道中設(shè)有壓縮空氣，每間隔一段時間吹氣 1 次，稀釋酸循環(huán)系統(tǒng)各罐與管道中的氫氣濃度[3-4]。因此，在試驗驗證時經(jīng)常能聽到氫氣爆炸的聲音。

3 批量驗證

經(jīng)廠家改進，把漏電流與氫氣爆炸的問題解決后，進入到批量驗證階段。采用原化成工藝和酸循環(huán)系統(tǒng)各化成 240 只 OPzV1000 電池。酸循環(huán)化成電池容放一致性為 0.87 %，原化成工藝化成的電池其容放一致性為 2.51 %，因此對比結(jié)果是采用酸循環(huán)化成使電池容放一致性顯著提升。同路電池同時注酸，又同時調(diào)酸，使一致性大大提高，也明顯提高了循環(huán)性能（見圖2）。其他對比項目的數(shù)據(jù)接近。通過批量驗證，得出以下結(jié)論：

圖2 電池的循環(huán)壽命

A、由于調(diào)酸時間大幅減少，以及充放電電流適當(dāng)加大，化成時間共計縮短 4 d，也就是整個化成周期縮減了 1/3，但是電池性能無下降，反而略有提升。

B、由于酸循環(huán)系統(tǒng)具備自動注酸與調(diào)酸功能，注酸、調(diào)酸工序相對便捷。由于同時注酸與調(diào)酸，且化成期間酸液不斷循環(huán)，電池內(nèi)上下部酸液密度相對一致，反應(yīng)基本一致，大大提高了整路電池的一致性。同時，由于無水化成，下線電池的表面清洗工作量大大降低。

C、酸循環(huán)系統(tǒng)具備酸霧集中收集功能，可以集中收集、清理，有效防止酸霧直接排放到大氣中，而采用現(xiàn)行的化成方法很難做到酸霧集中收集處理。

D、在成本方面，更改前后的材料耗用一致，化成充放電量相當(dāng)，有變動的主要是人力成本。原注酸、調(diào)酸工序可以合并，使人工成本減少1/2。同時，由于化成周期縮減，電池周轉(zhuǎn)率提高，大大加速了市場供貨效率，使經(jīng)濟效益可期。

5 結(jié)束語

膠體電池生產(chǎn)周期長，影響交付。采用酸循環(huán)系統(tǒng)化成后，不但化成周期縮短，而且電池循環(huán)性能與一致性得到改善，對環(huán)境保護及成本收益也有益處。