我國的電動助力車電池在借鑒小型密封電池、啟動電池技術的基礎，經歷了研制開發(fā)、改進提高的過程，作為一項新興產業(yè)，現正處于快速發(fā)展的時期。電動助力車組裝廠和用戶對DZM電池的認識，也經歷了一個由淺入深、逐步提高的過程。最初只重視容量（實際是初容量），誰的容量大，跑得遠、就用誰的電池。現在則重點要求壽命長，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行長時間充電，絕大多數是過充電?！半姵夭皇怯脡牡模浅鋲牡摹边@句話高度概括了這一現象。

還有一種情況是，用戶在頂風行駛、上坡、加速、行駛距離遠時，強制讓電池“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、過放電是經常發(fā)生的。嚴峻的現實迫使電池廠家在電池性能上進行改進，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

根據現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。在經過多次過充之后，正極活性物質的結構將發(fā)生變化，顆粒的連接將變得松弛，失去電化學活性。生成的過量氧將不能完全在負極復合而導致失水，最終使電池失效。

過放電對負極危害最大。多次過放電使生成的pbSO4結晶漲大，不但其自身難于還原而失去用途，還堵塞了孔道，使內層活性物質不能與H2SO4進行電化學反應而失去用途，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，要進行改進就要靠大量的實踐。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，不足之處則互相補償；對所用原材料要有明確的技術要求，對每道工序和制造環(huán)節(jié)要制定正確的工藝和檢驗標準，整個過程要在受控狀態(tài)下進行。

1.1活性物質添加劑的選用

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?，使活性物質孔率增大，導電性變好。同時，新增析氧過電位，減少析氧速度。有人認為加入碳素在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。這要根據所用添加劑起的用途和要達到的目的來決定。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。二者共同組成了強固的網絡，增強了活性物質的強度。早在1980年，吳壽松先生對pTFE乳液的應用就作了論述。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，事實證明沒起用途。其原因是粉末在活性物質中不能形成網絡，對克服石墨的松散性沒有好處。實驗證明，該極板耐過充過放。

正極歷來未見加有機物。加入大分子有機物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；其二，阻止負極的有機物在正極被分解，保持負極有機物的有效數量。10多年前，此方法就在生產啟動電池和叉車電池時使用過，效果顯著。

1.1.2負極添加劑

負極添加劑配方材料及其含量：超細硫酸鋇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：超細硫酸鋇、高純腐殖酸、新木素、乙炔黑總量為1.6%~2%。

以上無機添加劑和有機添加劑的合理組合，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。有關它們的用途，諸多文獻已有詳述。應該強調的是，在DZM電池中，木素的用量不能應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。超細硫酸鋇BaSO4不能用得過多，應為它不導電。新木素重要成分為橡木粉、單寧、木質素等組成，性能與進口相當，價格為進口木素的一半以下。

DZM電池是荷電出廠，負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

根據活性物質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是為了彌補因負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、負極板及正負活性物質的配比

VRLA設計是正極限容設計。一般考慮在DZM電池中，正、負極活性物質的比例為1：1.05。為提高DZM電池耐過充電、過放電的能力，應適當提高為1：（1.06~1.10），使其在過充電狀態(tài)下，氧循環(huán)不會終止?；钚晕镔|密度應適當提高，負極鉛膏密度控制在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，內阻小。

1.4活性物質添加劑的預混合

在國內提出活性物質添加劑的預混合這個概念，公見于文獻報道的是吳壽松先生。其實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混合方法。采用水平封閉式螺旋混料機即可防止在球磨機中混合時乙炔黑發(fā)生斷鏈的問題。原料在機內上、下翻滾，左、右向中間運動?？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“擴容”，然后再將其用于生產配料中。這個方法10年前已開始用，非常有相關經驗，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。當時蘇聯(lián)的特種光學玻璃不過關，派代表去英美考察，結果用了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，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、全過程進行了嚴格的過程控制，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，化學組成不均勻，極板間化學和電化學性能差別就很大，即使極板的尺寸、重量控制得很嚴格，也無法改變一致性差的事實。所以，在生產過程控制中，不僅要重視物理性能的一致性，更要注意化學組成的一致性。

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，以其中一種原料（或元素）為基準，測定其百分含量。3個點所含該原料（或元素）的誤差不超過5%為合格。在大批量生產中不可能每缸料、每天都進行測定（現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操作參數加以控制，以保證和膏化學組成的均勻性、一致性。

1.5重要工藝特點

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)生鉛膏結團被和膏機漿葉推著走，不能分散。和膏時，開始機速控制在45r/min。加完pTFE和純水的混合液后，繼續(xù)搗拌3~5min，然后加酸。當酸量加到60%左右時，加大機速至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。

負極鉛膏因加有木素，假如工藝不準確，不嚴格時很容易發(fā)稀，涂板凹坑嚴重。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；將鉛粉和預混合后的添加劑干混5~6min，讓其充分搗拌均勻（這很重要，因為在濕搗拌時，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，當酸加至60%時，加快機速至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），在和膏機運轉下，用噴淋加水0.15~0.2Kg，繼續(xù)搗拌2~3min即可。要求酸、水準確計量，水量根據鉛粉含水量、氧化度和空氣濕度情況進行微調，既能和制出高質量的鉛膏。使用南京產的新木素，低溫性能與進口木素相當，鉛膏沒有發(fā)稀現象，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的結合強度。重要用人工涂板的廠，在涂板后，應即壓片、浸酸，進入固化室。特別是在夏季，水分散失快。進入固化室的極板含水量低于8%，固化往往不良。進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，應低溫高濕（35~40℃，濕度100%），使極板溫度不致過高，活性物質與板柵結合良好。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。因為，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

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

在冬季沒有溫控的車間，應將化成電流適當提高。應注意的是，活化過程中極板和隔板電解液應飽和，電池不能缺酸，否則，電池不能激活。值班人員應勤檢查、勤補酸，每格插管中電解液高度應一致。

現在我們采用張家港市中恒電源有限公司產的高頻大功率正、負脈沖自動充電機進行電池活化，加速了速度，提高了質量。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，負脈沖0，轉換電壓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8h，充入電量35.9Ah

（9）結束電池活化

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，應該盡量做到緊裝配，裝配壓力在50~55Kpa。因為在加入電解液后，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電池經國家蓄電池質量監(jiān)督檢驗中心全項檢驗（檢驗報告編號W2004-023），各項性能均符合JB/T10262-2001標準技術要求。其中，幾項指標如下：

（1）2h率容量（25℃）；11.00Ah

（2）-10℃低溫容量：按標準試驗，實際容量不低于0.9C2，實際1.050C2

（3）過充電特性；按標準試驗，實際容量不低于0.95C2，實際1.125C2

（4）過放電特性：按標準試驗，實際容量不低于0.75C2，實際1.040C2

（5）大電流放電特性：按標準試驗，蓄電池端電壓大于8.40V，實際11.76V

（6）循環(huán)壽命；按標準試驗，循環(huán)次數不低于350次，在386次后，其容量還有11Ah

最近，對6-DZM-10電池在生產線隨機抽樣，用所購沈陽耀華自控研究所生產的pC機控制蓄電池綜合測試儀測試，結果如下：

（1）15A大電流放電，放電10min（標準規(guī)定5min），蓄電池端電壓12.14V（按標準大于等于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)技術問題。選擇并優(yōu)化活性物質添加劑及與此相匹配的電解液添加劑是關鍵，正確設計正、負活性物質的配比，板柵厚度配比，板柵幾何形狀，采用薄板、緊裝配等工藝措施，嚴格生產過程的控制，做到化學的一致性和物理的一致性，使大量生產的產品質量得到保證。

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上的意義，更具有經濟上的意義。電池性能提高，壽命延長，在質保期內盡量少出質量問題，就是最大的經濟效果。當今在技術科學領域各學科互相滲透。借鑒相關學科的理論和技術，關于提高鉛酸蓄電池的性能是有啟發(fā)和幫助的。