上世紀(jì)的50～60年代,密封鉛酸蓄電池是使用無(wú)水硅膠(GEL)作電解液。直至70年代,由玻璃纖維(AGM)隔板加上硫酸液體作電解液組成密封鉛酸蓄電池。雖然成本較低,但總體性能AGM電池不及GEL電池。

    
    松下公司最初于1935年生產(chǎn)富液式鉛酸電池,1939年制造工業(yè)用蓄電池,上世紀(jì)50年代應(yīng)用于電信公司,1967年又開(kāi)發(fā)貧液型閥控式蓄電池,并為世界用戶提供多種類型的閥控式鉛酸蓄電池。松下公司最初設(shè)計(jì)的長(zhǎng)壽命電池的期待壽命僅為7～9年(20℃),直至1995年,松下公司應(yīng)用許多關(guān)鍵技術(shù)與先進(jìn)工藝,如板柵合金、活性物質(zhì)配方、隔板材料及其它相關(guān)的專利技術(shù),松下公司實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)超長(zhǎng)壽命(LC-QA系列)的AGM閥控鉛酸蓄電池,其設(shè)計(jì)壽命為13～15年(25℃),總體性能完全超過(guò)GEL膠體電池,且具有很高的性能價(jià)格比。

1    AGM電池改進(jìn)設(shè)計(jì)與工藝

  
    松下公司收集了本公司1000多例AGM故障電池,進(jìn)行解剖、分析研究,得出許多可用數(shù)據(jù),最終獲得造成電池劣化的主要因素有:正極板、電解液、安全閥及其密封性等為主要影響參數(shù),并證實(shí)正極柵板的腐蝕是造成電池壽命惡化的最大影響因素。其主要原因是:電池以定電壓進(jìn)行長(zhǎng)期浮充時(shí),充電電流將對(duì)正極柵板進(jìn)行氧化腐蝕,使導(dǎo)電部分面積減少或正極柵板延伸降低了反應(yīng)物質(zhì)的緊貼程度(接觸面積減少),造成有效反應(yīng)物質(zhì)減少,從而使放電容量下降,直至壽命終止。并針對(duì)這一主要因素進(jìn)一步詳細(xì)分析、試驗(yàn)、改進(jìn),其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改善正極柵板的腐蝕可大大改善電池惡化,由此明確得出,使電池延長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵就是提高正極柵板的耐腐蝕性。

(1)改善正極柵板的腐蝕

  
   為了提高負(fù)極吸收式的密封鉛酸蓄電池的正極柵板合金的耐腐蝕性,曾對(duì)添加砷、銀、錫、鈣等元素的合金進(jìn)行多次研究�？紤]到“減液”特性、環(huán)保問(wèn)題,以及成本因素、生產(chǎn)效率等因素,最終選擇采用鉛鈣錫合金。

  
   為了達(dá)到減少腐蝕,延長(zhǎng)壽命,對(duì)鉛鈣錫三元素合金的固溶界限和范圍進(jìn)行了充分實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià),松下公司制作使用含有不同錫含量的正極柵板的電池,在加速壽命實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中取樣,分析并測(cè)定正極柵板的腐蝕量以及延伸程度,見(jiàn)圖1(a)(b)。

    從圖1可知,由于增加錫元素的含量,使正極柵板的腐蝕減少并且也控制了正極柵板的延伸。圖2給出各種合金的腐蝕量與延伸度的關(guān)系.

     從圖2可知:即使腐蝕量相同,而錫含量較多的合金柵板不易延伸。

                        
                                    圖3給出不同錫合金含量的正極柵板的腐蝕結(jié)果。

    從圖3可知正極柵板斷面在不同錫合金含量時(shí)的腐蝕剖面。
  
    錫含量少就易發(fā)生晶間腐蝕，錫含量多可以控制晶間腐蝕，即使相同的腐蝕量也不易造成柵板延伸。
綜上所述,增加?xùn)虐搴辖鹬械腻a含量對(duì)耐腐蝕有明顯效果,所以超長(zhǎng)壽命系列電池采用了錫含量為1.6%以上的合金。

(2)采用超細(xì)玻璃纖維隔板的設(shè)計(jì)

  
    為了控制氧氣的擴(kuò)散,對(duì)玻璃纖維隔板的纖維直徑以及密度進(jìn)行了深入探討研究。為了評(píng)價(jià)隔板中的氣體擴(kuò)散速度,在調(diào)整隔板含水量的同時(shí),根據(jù)JISP8117(Guriey Meathod)標(biāo)準(zhǔn),測(cè)定了以300cc空氣穿透隔板厚度的時(shí)間。
                              
    各種隔板的透氣阻力如圖4所示,
                                 
                                                                 浮充電流如圖5所示。
 

    從圖5可知,隔板A的透氣阻力最高,可以控制浮充電流,特別是在高溫下充電電流較大的區(qū)域(即產(chǎn)生氧氣最多的區(qū)域),隔板的效應(yīng)明顯地表現(xiàn)出來(lái),因此采用隔板A。但這是在密閉反應(yīng)、保水性以及不產(chǎn)生彈性影響的前提下制定的規(guī)格。

(3)采用提高負(fù)極活性物質(zhì)密度的設(shè)計(jì)

  
    控制浮充電流不僅對(duì)電池壽命特性有重要影響,恒力蓄電池，baace蓄電池，恒力電池，江西恒力蓄電池特別是在大容量的電池及不合理的過(guò)高充電電壓下,是控制電池在高溫下可能發(fā)生熱失控現(xiàn)象的重要技術(shù)措施。
在浮充充電過(guò)程中,電池內(nèi)部反應(yīng)如下:

正極:發(fā)生氧化反應(yīng),氧氣通過(guò)隔板擴(kuò)散
H2O→(1/2)O2+2H++2e
負(fù)極:發(fā)生還原反應(yīng)
Pb+(1/2)O2→PbO+H2SO4>PbSO4+H2O
PbSO4+2H++2e→Pb+H2SO4

  
    為了控制浮充充電電流,除了采用控制氧氣擴(kuò)散速度的隔板(即采用精細(xì)的玻璃纖維隔板)外,還對(duì)還原反應(yīng)的負(fù)極材料配方進(jìn)行深入的研討。活性物質(zhì)的密度與定電壓充電時(shí)的充電電流的關(guān)系如圖6所示。
                                

    從圖6可知,提高負(fù)極活性物質(zhì)密度,可以控制浮充充電電流,但應(yīng)當(dāng)控制在不使放電性能下降的前提下,選擇了負(fù)極活性物質(zhì)密度接近4.5g/cm3的配方。

2    超長(zhǎng)壽命AGM電池的特性

  
    松下公司研發(fā)的超長(zhǎng)壽命(Super Life)LC-QA系列電池規(guī)格如表1所示,與通常壽命LC-X系列電池的外形尺寸相同,3小時(shí)率的放電特性也相同(即保持大電流放電特性)。但是在高放電率方面提高了放電特性并明顯延長(zhǎng)了電池的使用壽命。
(1)超長(zhǎng)設(shè)計(jì)壽命 
超長(zhǎng)壽命LC-QA系列對(duì)比普通壽命LC-X系列的加速壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

    由于采用了耐腐蝕正極柵板合金及負(fù)極活性物質(zhì)專利配方和采用超細(xì)的玻璃纖維隔板等諸多改進(jìn)設(shè)計(jì),從圖7可知,超長(zhǎng)壽命LC-QA系列比普通系列LC-X的壽命(加速實(shí)驗(yàn))提高了大約兩倍,即LC-QA系列電池的設(shè)計(jì)壽命可達(dá)13～15年(25℃)。

(2)抑制熱失控

  
    傳統(tǒng)的AGM電池,由于設(shè)計(jì)上的固有缺點(diǎn),比較GEL(膠體)電池較容易產(chǎn)生熱失控現(xiàn)象。超長(zhǎng)壽命LC-QA系列由于改進(jìn)負(fù)極活性物質(zhì)的專利配方和采用超細(xì)的玻璃纖維隔板的設(shè)計(jì),能夠控制浮充充電電流,這不僅能延長(zhǎng)電池壽命,而且還能控制電池發(fā)熱,大大減少熱失控的可能,如圖8所示。

    實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:LC-QA電池的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓控制在2.23～2.25V時(shí),可以將熱失控的范圍閾值提高約5℃以上。

    (3)過(guò)放電后的容量恢復(fù)

  
    用于緊急情況時(shí)的備用電源電池,有時(shí)會(huì)因?yàn)槟承┰?在其深度過(guò)放電后,長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)停電而未能處于充電狀態(tài),一般AGM鉛酸蓄電池的放電特性比較弱,不及時(shí)充電為原狀態(tài)時(shí),會(huì)明顯影響其容量。而超長(zhǎng)壽命LC-QA系列電池由于將正極鈣錫合金量增加,使其具備抑制在過(guò)放電中的正極活性物質(zhì)和柵板之間不發(fā)生作用,因而具有過(guò)放電后電池容量容易恢復(fù)的優(yōu)越特性,如圖9所示。
                                 

   從圖9可知,過(guò)放電后即使放置30天,LC-QA系列電池仍可接受完滿的充電。

3    AGM電池與GEL電池性能對(duì)比

(1)電解液結(jié)構(gòu)方面
一般AGM電池:電解液保持在玻璃纖維隔板(AGM)當(dāng)中；
優(yōu)質(zhì)GEL電池:凝膠體(GEL)電解質(zhì)和多孔隔板混合在一起。

(2)生產(chǎn)難易程度及價(jià)位方面
一般AGM電池:生產(chǎn)較容易、價(jià)格較低；
優(yōu)質(zhì)GEL電池:生產(chǎn)難度大、價(jià)格較高。

(3)電氣性能方面
一般AGM電池:七大指標(biāo)當(dāng)中,有4點(diǎn)重要性能不及優(yōu)質(zhì)GEL電池,見(jiàn)圖10；
                                       

   優(yōu)質(zhì)GEL電池:七大指標(biāo)當(dāng)中,有3點(diǎn)非重要性能不及一般AGM電池。

   (4)Super Life AGM電池與優(yōu)質(zhì)GEL電池比較
經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)工藝改進(jìn)后的Super Life LC-QA系列電池,已經(jīng)在七大指標(biāo)中全面超過(guò)優(yōu)質(zhì)GEL電池,見(jiàn)圖11。

   (5)優(yōu)質(zhì)GEL電池與一般AGM電池及Super Life電池性能比較,見(jiàn)表2。

   6. 一般的AGM電池與Super Life AGM電池的比較(見(jiàn)表2、表3、圖12)。

4    結(jié)束語(yǔ)

  
   SUPER LIFE(超長(zhǎng)壽命)LC-QA系列電池(AGM )是松下公司于1995年在日本開(kāi)發(fā)成功,并用于日本及世界重要用戶,如電信行業(yè)、鐵道公司、電力系統(tǒng)、民航領(lǐng)域、政府機(jī)關(guān)等部門,由于性能價(jià)格比高,性能穩(wěn)定,銷售量很大,取得了良好的信譽(yù)。

  
    沈陽(yáng)松下公司引進(jìn)日本的先進(jìn)技術(shù)與生產(chǎn)工藝及管理訣竅,于2005年在中國(guó)研發(fā)成功超長(zhǎng)壽命Super Life  LC-QA系列(AGM)電池,全部性能指標(biāo)均達(dá)到日本松下公司的技術(shù)規(guī)范,并明顯降低了生產(chǎn)成本,提高了生產(chǎn)效率,使AGM電池不僅全面性能超越GEL電池,而且價(jià)格也有很大優(yōu)勢(shì),是具有很高性能價(jià)格比的閥控式鉛酸蓄電池。