阀控密封式铅酸蓄电池(VRLA)的电池内化成工艺,是区别于传统富液电池槽化成的重要制造环节,也是实现VRLA免维护、高密封性能的关键技术之一。与槽化成相比,VRLA电池内化成所需的充电电量远大于理论值。对于厚度接近2mm的极板,实际充电量约为理论值的2.5~3.0倍;极板越厚,倍数越大。这是因为电池内化成在狭小的密封空间中进行,电解液量少、浓度高、散热条件差,极板微孔中的传质和电化学反应阻力较大,需要额外的电量来克服浓差极化和欧姆极化,确保活性物质充分转化。
在电流密度方面,VRLA电池内化成所用的电流密度通常只有相同型号蓄电池槽化成的一半甚至更小。这是因为槽化成时,极板浸泡在大量低浓度电解液中,散热快、离子迁移顺畅,可以采用较高的电流密度而不至于过热;而VRLA电池内化成中,极群装配紧密,电解液被隔板吸收,散热困难,若电流过大,极易导致局部过热、析气加剧、水分损失,甚至热失控。因此,内化成必须采用较小的电流密度,这也使得充电时间显著延长,一般为槽化成的4~5倍。若再加上注液后的冷却降温等程序,整体周期更长。
内化成的另一个特点是,充电过程大部分时间在较高密度的电解液中进行。由于VRLA内部贫液,极板微孔中很难出现中性或碱性介质环境,因此正极活性物质中α-PbO?生成量很少,而β-PbO?占主导。尽管有观点认为β-PbO?含量高的正极板循环寿命不及α-PbO?含量高的,但电池内化成避免了槽化成过程中极板搬运带来的机械损伤、弯曲变形、粉尘污染等问题,实际生产表明,采用内化成的VRLA在容量和寿命上并不逊于槽化成产品,甚至性能更优。
在注液浓度方面,VRLA电池内化成需根据极板中硫酸铅的含量精确调整。对于槽化成后组装注液的VRLA,熟极板中残留的PbSO?在后续化成或补充电过程中会转化为H?SO?,因此注液浓度不宜过高,必须预留这部分酸量,否则最终电解液密度超标,会加速板栅腐蚀和失水。
许多厂家有自己的内化成制度,但推荐的原则是根据单体蓄电池中正极活性物质(铅粉)的量来确定充电参数。例如,当单体中正极活性物质为85~95g时,采用恒压充电制度,可以较好地平衡化成效率与电池性能。
总之,VRLA的电池内化成是一项技术难度较高的工艺,它要求生产厂家精确控制充电电量、电流密度、注液浓度和温度,才能保证电池的初期容量和循环寿命。正是这种精细化的内化成工艺,赋予了VRLA免维护、高可靠、长寿命的优良特性,使其在通信、UPS、电动车等领域广泛应用。
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