我國的電動助力車電池在借鑒小型密封電池、啟動電池技術(shù)的基礎(chǔ)，經(jīng)歷了研制開發(fā)、改進(jìn)提高的過程，作為一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)正處于快速發(fā)展的時期。電動助力車組裝廠和用戶對DZM電池的認(rèn)識，也經(jīng)歷了一個由淺入深、逐步提高的過程。最初只重視容量（實(shí)際是初容量），誰的容量大，跑得遠(yuǎn)、就用誰的電池。現(xiàn)在則重點(diǎn)要求壽命長，耐過充電、過放電，大電流放電性能好等。但絕大多數(shù)使用者并不具備專業(yè)的知識，每次起行后，充電的時間長，有的甚至騎行幾千米也進(jìn)行長時間充電，絕大多數(shù)是過充電?！半姵夭皇怯脡牡?，而是充壞的”這句話高度概括了這一現(xiàn)象。

還有一種情況是，用戶在頂風(fēng)行駛、上坡、加速、行駛距離遠(yuǎn)時，強(qiáng)制讓電池“出力”。甚至在顯示沒電了，停一段時間電壓又回升了，用戶又繼續(xù)使用“回升電壓”，造成電池過放電。電動助力車在使用中，電池的過充電、過放電是經(jīng)常發(fā)生的。嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)迫使電池廠家在電池性能上進(jìn)行改進(jìn)，特別是在電池耐過充電、過放電方面提高其性能，延長電池的使用壽命。

1提高電池耐過充電、過放電性能的措施

根據(jù)現(xiàn)有的理論和研究成果，過充電對電池的危害重要是對正極造成危害。在經(jīng)過多次過充之后，正極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，顆粒的連接將變得松弛，失去電化學(xué)活性。生成的過量氧將不能完全在負(fù)極復(fù)合而導(dǎo)致失水，最終使電池失效。

過放電對負(fù)極危害最大。多次過放電使生成的pbSO4結(jié)晶漲大，不但其自身難于還原而失去用途，還堵塞了孔道，使內(nèi)層活性物質(zhì)不能與H2SO4進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而失去用途，容量下降，最終使電池失效。

要提高電池耐過充電、過放電的能力，是一個系統(tǒng)問題，無法找出一個簡單的方法辦到。

由于鉛酸蓄電池的理論不完善，許多問題還沒有弄清，要進(jìn)行改進(jìn)就要靠大量的實(shí)踐。首先，要確定和尋找合適的添加劑，然后將其合理地組合，使它們充分發(fā)揮各自的用途，不足之處則互相補(bǔ)償；對所用原材料要有明確的技術(shù)要求，對每道工序和制造環(huán)節(jié)要制定正確的工藝和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，整個過程要在受控狀態(tài)下進(jìn)行。

1.1活性物質(zhì)添加劑的選用

1.1.1正極添加劑

正極添加劑的配方材料及其含量：混合石墨（高純石墨+Z1）0.3%~1.0%；磷酸0.2%~1.0%；大分子有機(jī)物E20.05%~2.0%；pTFE乳液0.1%~0.5%；短纖維0.1%~0.2%

混合石墨的用途是使pbO2晶體變?yōu)樗芍?，使活性物質(zhì)孔率增大，導(dǎo)電性變好。同時，新增析氧過電位，減少析氧速度。有人認(rèn)為加入碳素在100次循環(huán)后消失，對總的壽命周期沒起用途，這種看法有待商榷。添加劑在循環(huán)過程中所起的用途分為長期、中期和短時間。這要根據(jù)所用添加劑起的用途和要達(dá)到的目的來決定。碳素在整個壽命周期是起了用途的。在最初起的100次循環(huán)內(nèi)對提高電池容量、減少析氧速率和大電流放電等起了用途。此后，留下空隙，新增了比表面積。不加碳素的電池，上述性能就差得多。

加入磷酸是為了減少活性物質(zhì)的松弛和脫落，延長壽命。pO42-在正極中有平衡pb4+電場的用途。pTFE乳液和短纖維在高電場下穩(wěn)定，在電池整個循環(huán)周期不受破壞。二者共同組成了強(qiáng)固的網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了活性物質(zhì)的強(qiáng)度。早在1980年，吳壽松先生對pTFE乳液的應(yīng)用就作了論述。乳液的用量要適度，加的過多易成橡皮膏，不好涂板。有的用pTFE粉末加在正極膏中，事實(shí)證明沒起用途。其原因是粉末在活性物質(zhì)中不能形成網(wǎng)絡(luò)，對克服石墨的松散性沒有好處。實(shí)驗(yàn)證明，該極板耐過充過放。

正極歷來未見加有機(jī)物。加入大分子有機(jī)物E的目的是使其在化成充電和電池活化過程中，在正極高電位下全部氧化消失。用途是：留下較大的孔，以利傳質(zhì)；其二，阻止負(fù)極的有機(jī)物在正極被分解，保持負(fù)極有機(jī)物的有效數(shù)量。10多年前，此方法就在生產(chǎn)啟動電池和叉車電池時使用過，效果顯著。

1.1.2負(fù)極添加劑

負(fù)極添加劑配方材料及其含量：超細(xì)硫酸鋇0.3%~1.0%；高純腐殖酸0.3%~1.0%；新木素0.1%~0.5%；乙炔黑0.2%~0.8%；短纖維0.05%~0.2%

注：超細(xì)硫酸鋇、高純腐殖酸、新木素、乙炔黑總量為1.6%~2%。

以上無機(jī)添加劑和有機(jī)添加劑的合理組合，配比非常重要。合理的組合配比可以有效地提高輸出容量、延長循環(huán)壽命和抑制氧氣的發(fā)生。有關(guān)它們的用途，諸多文獻(xiàn)已有詳述。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，在DZM電池中，木素的用量不能應(yīng)為和膏工藝不好掌握而用得過少。足量的木素才能保證在電池整個壽命周期起用途。超細(xì)硫酸鋇BaSO4不能用得過多，應(yīng)為它不導(dǎo)電。新木素重要成分為橡木粉、單寧、木質(zhì)素等組成，性能與進(jìn)口相當(dāng)，價格為進(jìn)口木素的一半以下。

DZM電池是荷電出廠，負(fù)極板除了在水洗后浸漬中選擇性地使用抗氧劑外，在和膏配方中沒有必要加抗氧劑，以免對電池提高耐過充電、過放電和充電接受能力不利。生產(chǎn)過程中的輕微表面氧化可以在充電活化過程中予以還原。

1.2電解液添加劑

根據(jù)活性物質(zhì)添加的種類選擇相匹配、相適合的電解添加劑，電解液配方的材料及其含量：H3pO40.1%~1%；NmSiO230.1%~0.5%；KHSO40.5%~2%

電解液加入H3pO4是為了彌補(bǔ)因負(fù)極加入乙炔黑引起的氧超電勢的降低。NmSiO2有保持水分和吸附銻的用途。KHSO4中K+半徑比Na+半徑大，有更好的防止枝晶生成、防止微短路的用途。K+還有助于解決早期容量損失。在放電的后期，在缺H+的堿性環(huán)境，HSO4會電離供應(yīng)一部分H+。上述三者的組合，又有“類膠體”的用途。使貧液式VRLA的性能有所提高。

1.3正、負(fù)極板及正負(fù)活性物質(zhì)的配比

VRLA設(shè)計(jì)是正極限容設(shè)計(jì)。一般考慮在DZM電池中，正、負(fù)極活性物質(zhì)的比例為1：1.05。為提高DZM電池耐過充電、過放電的能力，應(yīng)適當(dāng)提高為1：（1.06~1.10），使其在過充電狀態(tài)下，氧循環(huán)不會終止。活性物質(zhì)密度應(yīng)適當(dāng)提高，負(fù)極鉛膏密度控制在4.50~4.65g/cm3，較高的密度有利于深循環(huán)壽命。正、負(fù)板柵的厚度配比在1.40~1.75。采用薄板以提高電池耐過充電、過放電和大電流的性能，片子多，內(nèi)阻小。

1.4活性物質(zhì)添加劑的預(yù)混合

在國內(nèi)提出活性物質(zhì)添加劑的預(yù)混合這個概念，公見于文獻(xiàn)報(bào)道的是吳壽松先生。其實(shí)這個方法是借鑒于有2000多年歷史的玻璃工業(yè)的配合料制備。在玻璃工業(yè)中，有的添加劑僅占總原料的萬分之幾。如何混勻，就是采取的添加劑預(yù)混合方法。采用水平封閉式螺旋混料機(jī)即可防止在球磨機(jī)中混合時乙炔黑發(fā)生斷鏈的問題。原料在機(jī)內(nèi)上、下翻滾，左、右向中間運(yùn)動?？朔烁鞣N原料因比重不同受地球引力影響而分層，非常均勻。為了使添加劑與主料更為均勻地分布，將一定重量的主料與混合的添加劑再行混合（吳壽松先生謂之“擴(kuò)容”，然后再將其用于生產(chǎn)配料中。這個方法10年前已開始用，非常有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，極板的一致性很好。

這里不妨說一下二次大戰(zhàn)時的一個典故。當(dāng)時蘇聯(lián)的特種光學(xué)玻璃不過關(guān)，派代表去英美考察，結(jié)果用了30萬美元買回了四個字的工藝：“搗拌均勻”，一字值千金。這也說明了多種物料的化工生產(chǎn)，原料混合均勻的重要性。電池的一致性差，原料混合不均勻是一個很重要的原因。許多公司從板柵開始到電池下線、入庫、全過程進(jìn)行了嚴(yán)格的過程控制，但電池因不一致性仍有不少退貨，苦于找不出原因，重要原因還在于忽視了和膏的均勻性（鉛膏的一致性）。鉛膏混合不均勻，化學(xué)組成不均勻，極板間化學(xué)和電化學(xué)性能差別就很大，即使極板的尺寸、重量控制得很嚴(yán)格，也無法改變一致性差的事實(shí)。所以，在生產(chǎn)過程控制中，不僅要重視物理性能的一致性，更要注意化學(xué)組成的一致性。

這里自然會提出和膏均勻與否如何檢測的問題。方法是在干搗拌后鉛膏的上、中、下取3個點(diǎn)，以其中一種原料（或元素）為基準(zhǔn)，測定其百分含量。3個點(diǎn)所含該原料（或元素）的誤差不超過5%為合格。在大批量生產(chǎn)中不可能每缸料、每天都進(jìn)行測定（現(xiàn)有條件和測試手段的限制），就是通過這個方法，找出和膏過程的有關(guān)操作參數(shù)加以控制，以保證和膏化學(xué)組成的均勻性、一致性。

1.5重要工藝特點(diǎn)

1.5.1和膏

和膏采用無級變速和膏。正極鉛膏加入pTFE乳液后，鉛膏粘性新增，往往發(fā)生鉛膏結(jié)團(tuán)被和膏機(jī)漿葉推著走，不能分散。和膏時，開始機(jī)速控制在45r/min。加完pTFE和純水的混合液后，繼續(xù)搗拌3~5min，然后加酸。當(dāng)酸量加到60%左右時，加大機(jī)速至55~60r/min，加完酸后，繼續(xù)搗拌7~10min，和膏視密度合格，很好涂板。

負(fù)極鉛膏因加有木素，假如工藝不準(zhǔn)確，不嚴(yán)格時很容易發(fā)稀，涂板凹坑嚴(yán)重。國外公司的方法是，發(fā)稀時用添加鉛粉的方法，分3次加入，總量為和膏鉛粉的3%。方法是；將鉛粉和預(yù)混合后的添加劑干混5~6min，讓其充分搗拌均勻（這很重要，因?yàn)樵跐駬v拌時，添加劑在膏中已無法再均勻分散），然后按工藝規(guī)定加水、加酸，當(dāng)酸加至60%時，加快機(jī)速至55~60r/min。加完酸后，繼續(xù)搗拌2~3min，時間不能太長，否則會發(fā)稀。測視密度，符合要求。若鉛膏略硬（視密度略大），在和膏機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)下，用噴淋加水0.15~0.2Kg，繼續(xù)搗拌2~3min即可。要求酸、水準(zhǔn)確計(jì)量，水量根據(jù)鉛粉含水量、氧化度和空氣濕度情況進(jìn)行微調(diào)，既能和制出高質(zhì)量的鉛膏。使用南京產(chǎn)的新木素，低溫性能與進(jìn)口木素相當(dāng)，鉛膏沒有發(fā)稀現(xiàn)象，用量為0.3%較合適。

1.5.1生極板工藝

涂板后的生極板不用表干，表干控制不好勢必影響板柵與活性物質(zhì)的結(jié)合強(qiáng)度。重要用人工涂板的廠，在涂板后，應(yīng)即壓片、浸酸，進(jìn)入固化室。特別是在夏季，水分散失快。進(jìn)入固化室的極板含水量低于8%，固化往往不良。進(jìn)入固化室的極板前后時間差大，一般固化室8h后才封閉固化室。假如封閉前的固化室不保持高濕度，則先后進(jìn)入固化室的極板含水量差別太大，固化效果不一致。

固化的第一階段，生極板為放熱反應(yīng)，應(yīng)低溫高濕（35~40℃，濕度100%），使極板溫度不致過高，活性物質(zhì)與板柵結(jié)合良好。第二階段中溫高濕（60±2℃，濕度95%~100%）。第三階段干燥，溫度應(yīng)緩慢上升，濕度緩慢降低，含水量1%即可完成干燥，沒必要干燥至含水量0.5%以下。因?yàn)?，假如不是立即用于槽化成，空氣的濕度也會使生極板含水量高于1%，而少量的含水量在極板化成時，開始呈弱堿性環(huán)境，有利于a-pbO2的生成。固化過程中，環(huán)境氧的供應(yīng)很重要，氧不足則影響固化效果。

1.5.3槽化成和電池活化工藝

一般認(rèn)為槽化成階段應(yīng)將極板化透，同時可縮短電池重放電活化的時間。其實(shí)槽化成不必化透。只要表面無白點(diǎn)，正、負(fù)極板顏色正常，即可出槽。這樣，正極板的強(qiáng)度好，裝槽后在電池充放電活化階段將其化透，有利于延長壽命。由于負(fù)極板的海綿狀鉛在濕度較大環(huán)境與空氣中反應(yīng)強(qiáng)烈，因此，在槽化成水洗后應(yīng)浸漬抗氧劑。采用恒流和恒壓限流方法對電池進(jìn)行激活，用計(jì)算機(jī)控制。這樣，熟極板在出槽水洗、干燥、組裝過程和與電解液反應(yīng)出現(xiàn)的損耗，即可在活化充電中補(bǔ)足。采用了充又放制，使極板活性物質(zhì)均勻化透。

在冬季沒有溫控的車間，應(yīng)將化成電流適當(dāng)提高。應(yīng)注意的是，活化過程中極板和隔板電解液應(yīng)飽和，電池不能缺酸，否則，電池不能激活。值班人員應(yīng)勤檢查、勤補(bǔ)酸，每格插管中電解液高度應(yīng)一致。

現(xiàn)在我們采用張家港市中恒電源有限公司產(chǎn)的高頻大功率正、負(fù)脈沖自動充電機(jī)進(jìn)行電池活化，加速了速度，提高了質(zhì)量。以16只6-DZM-17型電池為例，程序如下：

（1）以平均電流5.4A充電，正脈沖9A，負(fù)脈沖為0，時間3h，充入電量16.2Ah

（2）以平均電流4.1A充電，正脈沖8.5A，負(fù)脈沖5A，時間4h，充入電量16.4Ah

（3）以平均電流4.2A充電，正脈沖7A，負(fù)脈沖0，轉(zhuǎn)換電壓256V充入電量2Ah

（4）以電流4A、電壓240V恒壓充電1h，充入電量1.5Ah

以上4步合計(jì)充電9h，充入電量34.1Ah

（5）以8.5A電流放電至終至電壓10.5V，放電時間大于125min，做一下容量檢查

（6）以6A電流恒流充電，轉(zhuǎn)換電壓235V，充電時間3h，充入電量18Ah

（7）以4.1A平均電流充電，正脈沖8.5A，負(fù)脈沖5A，充電時間3h，充入電量16.4Ah

（8）以電流4A電壓240V恒壓充電，充電時間1h，充入電量1.5Ah

以上（5）~（8）步，充電時間合計(jì)8h，充入電量35.9Ah

（9）結(jié)束電池活化

1.5.4裝配壓力

一般要求裝配壓力在35~45Kpa，AGM壓縮度在15%左右。只要電池槽不變形，應(yīng)該盡量做到緊裝配，裝配壓力在50~55Kpa。因?yàn)樵诩尤腚娊庖汉?，AGM有所收縮，因此，AGM壓縮度在20%較好。

2效果與討論

2.1效果
6-DZM-10電池經(jīng)國家蓄電池質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心全項(xiàng)檢驗(yàn)（檢驗(yàn)報(bào)告編號W2004-023），各項(xiàng)性能均符合JB/T10262-2001標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。其中，幾項(xiàng)指標(biāo)如下：

（1）2h率容量（25℃）；11.00Ah

（2）-10℃低溫容量：按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，實(shí)際容量不低于0.9C2，實(shí)際1.050C2

（3）過充電特性；按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，實(shí)際容量不低于0.95C2，實(shí)際1.125C2

（4）過放電特性：按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，實(shí)際容量不低于0.75C2，實(shí)際1.040C2

（5）大電流放電特性：按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，蓄電池端電壓大于8.40V，實(shí)際11.76V

（6）循環(huán)壽命；按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，循環(huán)次數(shù)不低于350次，在386次后，其容量還有11Ah

最近，對6-DZM-10電池在生產(chǎn)線隨機(jī)抽樣，用所購沈陽耀華自控研究所生產(chǎn)的pC機(jī)控制蓄電池綜合測試儀測試，結(jié)果如下：

（1）15A大電流放電，放電10min（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定5min），蓄電池端電壓12.14V（按標(biāo)準(zhǔn)大于等于8.40V）

（2）22.2A大電流放電，終至電壓10.50V，放電時間25min26s

2.2討論

改善和提高DZM電池耐過充電、過放電及大電流放電性能，是一個綜合性的系統(tǒng)技術(shù)問題。選擇并優(yōu)化活性物質(zhì)添加劑及與此相匹配的電解液添加劑是關(guān)鍵，正確設(shè)計(jì)正、負(fù)活性物質(zhì)的配比，板柵厚度配比，板柵幾何形狀，采用薄板、緊裝配等工藝措施，嚴(yán)格生產(chǎn)過程的控制，做到化學(xué)的一致性和物理的一致性，使大量生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。

改善和提高DZM電池耐過充電、過放電和大電流放電性能不僅具有技術(shù)上的意義，更具有經(jīng)濟(jì)上的意義。電池性能提高，壽命延長，在質(zhì)保期內(nèi)盡量少出質(zhì)量問題，就是最大的經(jīng)濟(jì)效果。當(dāng)今在技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域各學(xué)科互相滲透。借鑒相關(guān)學(xué)科的理論和技術(shù)，關(guān)于提高鉛酸蓄電池的性能是有啟發(fā)和幫助的。