沈阳铅酸蓄电池失效的主要原因和分析

2020-06-10  来自: 沈阳海川能源科技有限公司 浏览次数:1670

     铅酸蓄电池失效可能有多种原因造成的,例如硫化、失水、热失控、活性物质脱落、极板软化等等,接下来沈阳铅酸蓄电池的小编将一一为大家介绍和分析。

1.硫化 

铅酸蓄电池充放电的过程是电化学反应的过程,放电时生成硫酸铅,充电时硫酸铅还原为氧化铅。这个电化学反应过程,正常情况下是循环可逆的,但硫酸铅是一种容易结晶的盐化物,当电池中电解溶液的硫酸铅浓度过高或静态闲置时间过长时,就会"抱成"团,结成小晶体,这些小晶体再吸引周围的硫酸铅,就像滚雪球一样形成大的惰性结晶,这就破坏了原本可逆的循环,导致硫酸铅部分不可逆。

结晶后的硫酸铅充电时,不但不能再还原成氧化铅,还会吸附在栅板上,造成了栅板工作面积下降,铅酸蓄电池发热失水,铅酸蓄电池容量下降,这一现象叫硫化。硫化还会导致短路、活性物质松弛脱落、栅板变形断裂等"并发症"。

只要是铅酸蓄电池,在使用的过程中都会硫化,但其它领域的铅酸电蓄池,却比电动自行车上使用的铅酸蓄电池有着更长的寿命,这是因为电动车的铅酸蓄电池,有着一个更容易硫化的工作环境。

与汽车用启动电池不同,汽车电池点火放电后,电池始终处于浮充状态,放电形成的硫酸铅很快又被转化为氧化铅。而电动车放电时,不可能同时进行充电,这就造成硫酸铅大量堆集,如果深放电,这时硫酸铅浓度更高,而且电动车骑行后很难有条件及时充电,放电形成的硫酸铅不能及时充电转化为氧化铅,就会形成结晶。

一些铅酸蓄电池在做70%的1C充电和60%的2C放电中,由于采用连续大电流循环,破坏了电池生成大硫酸铅结晶的条件,所以可能看不到铅酸蓄电池硫化对电池的破坏。

如果试验中途停顿,铅酸蓄电池硫化的问题就会显现。由于电池重量大,一些用户经常采取电池经过多次使用放完电才再次充电,这样电池放电以后没有及时充电,铅酸蓄电池硫化就比较严重。

另外,铅酸蓄电池的硫酸比重比较高,也是铅酸蓄电池硫化的重要因素。而铅酸蓄电池硫化,破坏了负极板氧循环的能力,形成加速失水。这样,铅酸蓄电池的硫酸比重更加高,导致更加容易导致铅酸蓄电池硫化。所以,铅酸蓄电池硫化的程度可能不同,但是对铅酸蓄电池的寿命影响却是普遍的。

2.失水 

密封铅酸蓄电池的较基本原理之一就是正极板析氧以后,氧气直接到负极板与负极板的析氢还原为水,考核铅酸蓄电池这个技术指标的参数叫做"密封反应效率",这种现象叫做"氧循环"。这样,铅酸蓄电池的失水很少,实现了"免维护",就是免加水。但密封铅酸蓄电池的这种氧循环在电动自行车上却被破坏,导致电池大量失水。

为了满足电池在8小时以内充满电,所以在三段式恒压限流充电中,如36伏充电器的恒压为44.4伏,3个单体电池共有18个单格,折合单格电压就为2.466V。这样,大大超过电池正极板析氧电压的2.35V和负极板析氢电压的2.42V。

一些充电器制造商的产品为了降低充电时间的指示,提高了恒压转浮充的电流,而使得充电指示充满电以后,还没有充满电,就靠提高浮充电压来弥补。这样,很多充电器的浮充电压超过单格电压2.35V,这样在浮充阶段还在大量析氧。而铅酸蓄电池的氧循环又不好,这样在浮充阶段也在不断的排气。

所以,铅酸蓄电池硫化加重了失水,失水又加重了硫化。对用户而言,"密封"是必要的,否则酸液溢出的后果不堪设想,但在电动车领域,过分地推广"免维护"的概念是不合适的。

3.热失控

铅酸蓄电池在充入电量达到70%以后,铅酸蓄电池的极化电压相对比较高,充电的副反应开始逐步增加,电解水开始了。在充电的单格电压达到2.35V以后,首先正极板析氧,在达到2.42V以后,负极板开始析氢。这时候充电的电能转变为化学能减少,转变为电解水的能量增加。充电过程的是否析气取决于充电电压,析气量取决于达到析气电压以后的充电电流。

所以,在充电过程中,充电电压在进入恒压以后,电压开始接近于较高,充电电流也保持限流值。这时候析气量较大。在进入恒压以后,充电电流应该逐步下降,析气量也应该逐步下降。充电本身是放热反应,一般铅酸蓄电池的热设计是可以控制温升的。

在铅酸蓄电池大量析气以后,氧气在负极板复合为水,发热量远远大于充电时的发热。密封铅酸蓄电池希望负极板具有良好的氧循环能力,但是,氧循环会产生 发热。所以,氧循环是一把双刃剑,好处是减少了水损失,坏处是电池会发热。

在恒压充电的条件下,氧循环电流也参与了充电电流,所以充电电流下降速率放缓。而铅酸蓄电池发热,会引起充电电流下降速率更加缓慢,甚至电流反升。而充电电流在电池发热的作用下,一旦电流反升,又增加了发热。这样,充电电流一直会上升到限流值。电池发高热,并且积累热,一直到电池外壳发生热软化变形。而电池的热变形时,内部气压高,所以呈现电池时鼓胀的。

这就是电池热失控而损坏电池。铅酸蓄电池一旦出现严重鼓胀,漏酸和漏气的问题也出现了,铅酸蓄电池会出现急性失效。诱发电池鼓胀的原因有很多。如果充电电压高,析气量大,会产生热失控。

如果某一组电池或者某一个单格电池发生严重落后,而充电的恒压值不变,其他的单格电池也会出现充电电压相对过高,也会产生热失控问题。为降低电池的热失控机率,很多充电器厂家将恒压值降低至43伏,这也必然导致欠充。

因此在夏季环境温度较高的条件下,由于析气电平的下降,析气量最近,同时温升也高。这样胶体铅酸蓄电池进入热失控的概率就大得多了。

4.活性物质脱落、极板软化

铅酸蓄电池正极板活性物质的有效成分是氧化铅,氧化铅分α-PbO2和β-PbO2,其中,α-PbO2物理特性坚硬,容量比较小,以多孔状附着在极板,用于扩大极板面积和支撑极板;β-PbO2依附α-PbO2构成的骨架上面,其荷电能力比α-PbO2强很多,氧化铅放电放电以后形成硫酸铅,充电时硫酸铅又还原为氧化铅,但在强酸环境中硫酸铅只能够生成β-PbO2,活性物质脱落就是α-PbO2脱落。造成活性物质脱落的原因很多:

①铅酸蓄电池极板活性物质分布不均匀,造成放电时膨胀张力不同而脱落。

②铅酸蓄电池过放电欠压时,β-PbO2大量减少,α-PbO2就会参与放电反应生成硫酸铅。

③硫化结晶在极板上生长的膨胀张力也会导致活性物质脱落。正极板一旦出现软化,起到支持作用的多孔结构就被破坏了,正极板的多孔被电池极板的压力压实了,就降低了参与反应的真实面积,铅酸蓄电池容量就下降了。这样,防止过放电、抑制和消除硫化是控制正极板软化的重要措施。放电的时候,每次放电,或多或少的总要有一点点α-PbO2参与反应。

所以,一个正常使用的铅酸蓄电池,在不失水也不硫化,也没有过放电的情况下,电池的寿命就取决于正极板软化。电池容量受活性物质和利用率影响。电动车铅酸蓄电池外形尺寸固定,极板的质量已被限制到相应的程度,只有提高活性物质的利用率,才能提高容量。

要提高铅酸蓄电池容量,必然增加孔率,提高PbO2含量、硫酸比重,但是这些措施都会加速正极板的软化,造成铅酸蓄电池寿命加速衰减,充放电过程中活性物质会产生膨胀、收缩(特别是正极板),放电深度越深,活性物质膨胀收缩量越大,更加速活性物质软化。因此,初始容量偏大时直接影响铅酸蓄电池寿命。

5.短路

铅酸蓄电池的短路,指铅电池内部正负极群相连。为了增加铅酸蓄电池的容量,目前电动车铅酸蓄电池电池的极板数量普遍采用增加极板方式,这就导致隔板相对比其他电池的隔板薄一些,负极板的硫酸铅结晶长大,充电以后出现少量硫酸铅残留在隔板中,残留在隔板中的硫酸铅一旦被还原称为铅,积累多了,铅酸蓄电池电池就会出现微短路,这种现象叫做"铅枝搭桥"。

微短路轻的产生该单格电压落后,严重的时候会出现单格短路。极板上活性物质膨胀脱落,也会造成正负极板相连。

6.均衡问题

不少铅酸蓄电池在单体测试中,可以获得比较好的结果,但是,对于串连铅酸蓄电池组来说,由于容量差、开路电压差等原始配组误差,充电时电压高的电池会增加失水,电压低的电池会欠充电,放电的时候,电压低的会出现过放电,形成铅酸蓄电池硫化。随着充放电的循环,铅酸蓄电池硫化的单体更易硫化,这个差异被扩大,最终影响整组电池寿命。

7.无法充电

12V铅酸电池的终止放电电压为10.5伏,如果强行放电至终止电压以下,铅酸蓄电池就有较大的机率失去再充电能力。电动车的控制器内都有一个保护装置,当铅酸蓄电池达到终止电压时,保护装置会强行断开电路,但如果这个保护装置出现上漂移时,或者断电后电池出现电压回升,保护装置就无法正确判断。

8.铅酸蓄电池自行放电

充足电的铅酸蓄电池放置不用,逐渐失去电量的现象,称之自行放电。自行放电是不可避免的,在正常情况下,每天放电率不应超过0.35%~0.5%。铅酸蓄电池自行放电的主要原因:

①极板或电解液中含有杂质,杂质与极板间或不同杂质间产生了电位差,变成一个局部电池,通过电解液构成回路,产生局部电流,使铅酸蓄电池放电。

②隔板破裂,导致正负极板短路。

③铅酸蓄电池壳表面上有电解液或水,在极桩间成为导体,导致铅酸蓄电池放电。

④活性物质脱落过多,并沉积在电池底部,使极板短路造成放电。

    以上就是沈阳铅酸蓄电池的小编给大家分享的内容,想要了解更多,欢迎来电咨询我们。




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