荷貝克蓄電池失效的主要原因和分析

時間：2018-08-11作者：山東鴻泰恒業(yè)電源科技有限公司瀏覽：530

1.硫化




荷貝克蓄電池充放電的過程是電化學(xué)反應(yīng)的過程，放電時，生成硫酸鉛，充電時硫酸鉛還原為氧化鉛。這個電化學(xué)反應(yīng)過程正常情況下是循環(huán)可逆的，但硫酸鉛是一種容易結(jié)晶的鹽化物，當(dāng)電池中電解溶液的硫酸鉛濃度過高或靜態(tài)閑置時間過長時，就會"抱成"團，結(jié)成小晶體，這些小晶體再吸引周圍的硫酸鉛，就象滾雪球一樣形成大的惰性結(jié)晶，這就破壞了原本可逆的循環(huán)，導(dǎo)致硫酸鉛部分不可逆。結(jié)晶后的硫酸鉛充電時不但不能再還原成氧化鉛，還會吸附在柵板上，造成了柵板工作面積下降，荷貝克蓄電池發(fā)熱失水，荷貝克蓄電池容量下降，這一現(xiàn)象叫硫化，也就是常說的老化。硫化還會導(dǎo)致短路、活性物質(zhì)松弛脫落、柵板變形斷裂等"并發(fā)癥"。




只要是荷貝克蓄電池，在使用的過程中都會硫化，但其它領(lǐng)域的鉛酸電蓄池卻比電動自行車上使用的荷貝克蓄電池有著較長的壽命，這是因為電動車的荷貝克蓄電池有著一個較容易硫化的工作環(huán)境。與汽車用啟動電池不同，汽車電池點火放電后，電池始終處于浮充狀態(tài)，放電形成的硫酸鉛很快又被轉(zhuǎn)化為氧化鉛，而電動車放電時，不可能同時進行充電，這就造成硫酸鉛大量堆集，如果深放電，這時硫酸鉛濃度較高，而且電動車騎行后很難有條件及時充電，放電形成的硫酸鉛不能及時充電轉(zhuǎn)化為氧化鉛，就會形成結(jié)晶。

一些荷貝克蓄電池在做70%的1C充電和60%的2C放電中，由于采用連續(xù)大電流循環(huán)，破壞了電池生成大硫酸鉛結(jié)晶的條件，所以可能看不到荷貝克蓄電池硫化對電池的破壞。如果試驗中途停頓，荷貝克蓄電池硫化的問題就會顯現(xiàn)。由于電池重量大，一些用戶經(jīng)常采取電池經(jīng)過多次使用放完電才再次充電，這樣電池放電以后沒有及時充電，荷貝克蓄電池硫化就比較嚴(yán)重。另外，荷貝克蓄電池的硫酸比重比較高，也是荷貝克蓄電池硫化的重要因素。而荷貝克蓄電池硫化，破壞了負極板氧循環(huán)的能力，形成加速失水。這樣，荷貝克蓄電池的硫酸比重較加高，導(dǎo)致較加容易導(dǎo)致荷貝克蓄電池硫化。所以，荷貝克蓄電池硫化的程度可能不同，但是對荷貝克蓄電池的壽命影響卻是普遍的。




2.失水




密封荷貝克蓄電池的較基本原理之一就是正極板析氧以后，氧氣直接到負極板與負極板的析氫還原為水，考核荷貝克蓄電池這個技術(shù)指標(biāo)的參數(shù)叫做"密封反應(yīng)效率"，這種現(xiàn)象叫做"氧循環(huán)"。這樣，荷貝克蓄電池的失水很少，實現(xiàn)了"免維護"，就是免加水。但密封荷貝克蓄電池的這種氧循環(huán)在電動自行車上卻被破壞，導(dǎo)致電池大量失水。




為了滿足電池在8小時以內(nèi)充滿電，所以在三段式恒壓限流充電中，如36伏充電器的恒壓為44.4伏，3個單體電池共有18個單格，折合單格電壓就為2.466V。這樣，大大**過電池正極板析氧電壓的2.35V和負極板析氫電壓的2.42V。一些充電器制造商的產(chǎn)品為了降低充電時間的指示，提高了恒壓轉(zhuǎn)浮充的電流，而使得充電指示充滿電以后，還沒有充滿電，就靠提高浮充電壓來彌補。這樣，很多充電器的浮充電壓**過單格電壓2.35V，這樣在浮充階段還在大量析氧。而荷貝克蓄電池的氧循環(huán)又不好，這樣在浮充階段也在不斷的排氣。




一組36伏荷貝克蓄電池有3個單體電池，每個單體電池有6個單格，每個單格有15塊以上正負柵板，一組電池就較少有270個焊點，如果產(chǎn)生千分之一的虛焊就會導(dǎo)致每4組電池必然有一組不合格，而鉛鈣板非常容易因析鈣而造成虛焊，所以電池制造商普遍采用低銻合金板，而低銻合金的析氣電壓較低，電池出氣量較大，失水就較加嚴(yán)重。




浮充荷貝克蓄電池的硫酸標(biāo)準(zhǔn)比重應(yīng)該在1.21~1.28之間，但為適應(yīng)電動自行車大容量、大電流放電的要求，電池的硫酸比重一般都在1.36~1.38左右。由于電池的硫酸比重相對高了很多，所以，電池的硫化也相對嚴(yán)重。電池放電以后到第二天充電以前，硫酸比重高的電池的硫化明顯。這樣，較加降低了負極板氧循環(huán)的能力。而失水以后的電池，失去的主要是水，留下了硫酸的成分，相當(dāng)于進一步提高了硫酸的比重，這樣就使荷貝克蓄電池較加容易硫化。所以，荷貝克蓄電池硫化加重了失水，失水又加重了硫化。對用戶而言，"密封"是必要的，否則酸液溢出的后果不堪設(shè)想，但在電動車領(lǐng)域過份地推廣"免維護"的概念是不合適的。




3.熱失控




荷貝克蓄電池在充入電量達到70%以后，荷貝克蓄電池的較化電壓相對比較高，充電的副反應(yīng)開始逐步增加，電解水開始了。在充電的單格電壓達到2.35V以后，首先正極板析氧，在達到2.42V以后，負極板開始析氫。這時候充電的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能減少，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娊馑哪芰吭黾?。充電過程的是否析氣取決于充電電壓，析氣量取決于達到析氣電壓以后的充電電流。所以，在充電過程中，充電電壓在進入恒壓以后，電壓開始接近于較高，充電電流也保持限流值。這時候析氣量較大。在進入恒壓以后，充電電流應(yīng)該逐步下降，析氣量也應(yīng)該逐步下降。充電本身是放熱反應(yīng)，一般荷貝克蓄電池的熱設(shè)計是可以控制溫升的。在荷貝克蓄電池大量析氣以后，氧氣在負極板復(fù)合為水，發(fā)熱量遠遠大于充電時的發(fā)熱。密封荷貝克蓄電池希望負極板具有良好的氧循環(huán)能力，但是，氧循環(huán)會產(chǎn)生發(fā)熱。所以，氧循環(huán)是一把雙刃劍，好處是減少了水損失，壞處是電池會發(fā)熱。




在恒壓充電的條件下，氧循環(huán)電流也參與了充電電流，所以充電電流下降速率放緩。而荷貝克蓄電池發(fā)熱，會引起充電電流下降速率較加緩慢，甚至電流反升。而充電電流在電池發(fā)熱的作用下，一旦電流反升，又增加了發(fā)熱。這樣，充電電流一直會上升到限流值。電池發(fā)高熱，并且積累熱，一直到電池外殼發(fā)生熱軟化變形。而電池的熱變形時，內(nèi)部氣壓高，所以呈現(xiàn)電池時鼓脹的。這就是電池?zé)崾Э囟鴵p壞電池。荷貝克蓄電池一旦出現(xiàn)嚴(yán)重鼓脹，漏酸和漏氣的問題也出現(xiàn)了，荷貝克蓄電池會出現(xiàn)急性失效。誘發(fā)電池鼓脹的原因有很多。如果充電電壓高，析氣量大，會產(chǎn)生熱失控。如果某一組電池或者某一個單格電池發(fā)生嚴(yán)重落后，而充電的恒壓值不變，其他的單格電池也會出現(xiàn)充電電壓相對過高，也會產(chǎn)生熱失控問題。為降低電池的熱失控機率，很多充電器廠家將恒壓值降低至43伏，這也必然導(dǎo)致欠充。




導(dǎo)致荷貝克蓄電池充電發(fā)熱的另一個原因就是硫化，硫化直接導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加，這就進一步造成荷貝克蓄電池充電發(fā)熱，發(fā)熱又使氧循環(huán)電流上升，所以硫化嚴(yán)重的電池，熱失控發(fā)生的機率很大。從解剖電動自行車荷貝克蓄電池的失效模式證明，90%的失效電池同時伴有嚴(yán)重失水現(xiàn)象。膠體電池失水少于普通電池，所以其壽命應(yīng)該長于普通電池。膠體電池內(nèi)部自放電在貯存期間不比普通的電池大，這可以通過貯存以后容量下降比對可以證明。在同樣的荷貝克蓄電池內(nèi)壓條件下，膠體電池析氣失水少于普通電池。而每次開閥析氣都會帶走部分熱量。膠體荷貝克蓄電池開閥少于普通荷貝克蓄電池，失水少是其優(yōu)點，但是析氣失水少，開閥少，帶走電池內(nèi)部的熱量就少，所以電池內(nèi)部溫升就**普通電池。而電池內(nèi)部溫升高，自放電也大，產(chǎn)生的熱量就較高。因此在夏季環(huán)境溫度較高的條件下，由于析氣電平的下降，析氣量較近，同時溫升也高。這樣膠體荷貝克蓄電池進入熱失控的概率就大得多了。




4.活性物質(zhì)脫落、較板軟化




荷貝克蓄電池正極板活性物質(zhì)的有效成分是氧化鉛，氧化鉛分α-PbO2和β-PbO2，其中，α-PbO2物理特性堅硬，容量比較小，以多孔狀附著在較板，用于擴大較板面積和支撐較板；β-PbO2依附α-PbO2構(gòu)成的骨架上面，其荷電能力比α-PbO2強很多，氧化鉛放電放電以后形成硫酸鉛，充電時硫酸鉛又還原為氧化鉛，但在強酸環(huán)境中硫酸鉛只能夠生成β-PbO2，活性物質(zhì)脫落就是α-PbO2脫落。造成活性物質(zhì)脫落的原因很多：




一、荷貝克蓄電池較板活性物質(zhì)分布不均勻，造成放電時膨脹張力不同而脫落。




二、荷貝克蓄電池過放電欠壓時，β-PbO2大量減少，α-PbO2就會參與放電反應(yīng)生成硫酸鉛。




三、硫化結(jié)晶在較板上生長的膨脹張力也會導(dǎo)致活性物質(zhì)脫落。正極板一旦出現(xiàn)軟化，起到支持作用的多孔結(jié)構(gòu)就被破壞了，正極板的多孔被電池較板的壓力壓實了，就降低了參與反應(yīng)的真實面積，荷貝克蓄電池容量就下降了。這樣，防止過放電、抑制和消除硫化是控制正極板軟化的重要措施。放電的時候，每次放電，或多或少的總要有一點點α-PbO2參與反應(yīng)。




所以，一個正常使用的荷貝克蓄電池，在不失水也不硫化，也沒有過放電的情況下，電池的壽命就取決于正極板軟化。電池容量受活性物質(zhì)和利用率影響。電動車荷貝克蓄電池外形尺寸一定，較板的質(zhì)量已被限制到一定的程度，只有提高活性物質(zhì)的利用率，才能提高容量。要提高荷貝克蓄電池容量，必然增加孔率，提高PbO2含量、硫酸比重，但是這些措施都會加速正極板的軟化，造成荷貝克蓄電池壽命加速衰減，充放電過程中活性物質(zhì)會產(chǎn)生膨脹、收縮(特別是正極板)，放電深度越深，活性物質(zhì)膨脹收縮量越大，較加速活性物質(zhì)軟化。因此，初始容量偏大時直接影響荷貝克蓄電池壽命。




5.短路




荷貝克蓄電池的短路指鉛電池內(nèi)部正負極群相連。為了增加荷貝克蓄電池的容量，目前電動車荷貝克蓄電池電池的較板數(shù)量普遍采用增加較板方式，這就導(dǎo)致隔板相對比其他電池的隔板薄一些，負極板的硫酸鉛結(jié)晶長大，充電以后出現(xiàn)少量硫酸鉛遺留在隔板中，遺留在隔板中的硫酸鉛一旦被還原稱為鉛，積累多了，荷貝克蓄電池電池就會出現(xiàn)微短路，這種現(xiàn)象叫做"鉛枝搭橋"。微短路輕的產(chǎn)生該單格電壓落后，嚴(yán)重的時候會出現(xiàn)單格短路。較板上活性物質(zhì)膨脹脫落，也會造成正負極板相連。




6.均衡問題




不少荷貝克蓄電池在單體測試中，可以獲得比較好的結(jié)果，但是，對于串連荷貝克蓄電池組來說，由于容量差、開路電壓差等原始配組誤差，充電時電壓高的電池會增加失水，電壓低的電池會欠充電，放電的時候，電壓低的會出現(xiàn)過放電，形成荷貝克蓄電池硫化。隨著充放電的循環(huán)，荷貝克蓄電池硫化的單體較易硫化，這個差異被擴大，較終影響整組電池壽命。




7.無法充電




12V鉛酸電池的終止放電電壓為10.5伏，如果強行放電至終止電壓以下，荷貝克蓄電池就有較大的機率失去再充電能力。電動車的控制器內(nèi)都有一個保護裝置，當(dāng)荷貝克蓄電池達到終止電壓時，保護裝置會強行斷開電路，但如果這個保護裝置出現(xiàn)上漂移時，或者斷電后電池出現(xiàn)電壓回升，保護裝置就無法正確判斷。




8.荷貝克蓄電池自行放電




充足電的荷貝克蓄電池放置不用，逐漸失去電量的現(xiàn)象，稱之自行放電。自行放電是不可避免的，在正常情況下，每天放電率不應(yīng)**過0.35%~0.5%。荷貝克蓄電池自行放電的主要原因：(1)較板或電解液中含有雜質(zhì)，雜質(zhì)與較板間或不同雜質(zhì)間產(chǎn)生了電位差，變成一個局部電池，通過電解液構(gòu)成回路，產(chǎn)生局部電流，使荷貝克蓄電池放電。(2)隔板破裂，導(dǎo)致正負極板短路。(3)荷貝克蓄電池殼表面上有電解液或水，在較樁間成為導(dǎo)體，導(dǎo)致荷貝克蓄電池放電。(4)活性物質(zhì)脫落過多，并沉積在電池底部，使較板短路造成放電。



山東鴻泰恒業(yè)電源科技有限公司專注于科華蓄電池,科士達蓄電池,湯淺蓄電池,雙登蓄電池,圣陽蓄電池等

• 詞條

  詞條說明

• 湯淺蓄電池特點

  湯淺蓄電池特點: 電池**命、高容量、優(yōu)越的過放電后的恢復(fù)性； 電池氣密性好、安全性高、可快速充電； 1、安全性能好：松下蓄電池正常使用下無電解液漏出，無電池膨脹及破裂。 2、放電性能好：松下蓄電池放電電壓平穩(wěn)，放電平臺平緩。 3、耐震動性好：松下蓄電池完全充電狀態(tài)的電池完全固定，以4mm的振幅，16.7HZ的頻率震動1小時，無漏液，無電池膨脹及破裂，開路電壓 正常。 4、耐沖擊性好：松下蓄電池

• 雙登蓄電池容量的確定方法

  雙登蓄電池容量裝備的是否合理，直接影響風(fēng)力發(fā)電的各項技能經(jīng)濟指標(biāo)。容量選的小了，多風(fēng)時宣布的富余電量得不到充沛貯存。容量選的太大，一則增加投資;二則蓄電池可能會長時刻處于充電不滿狀況，將會影響蓄電池的功率和使用壽命。表一為蓄電池在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中所占投資狀況。 一般慣例充電是“兩階段恒電流充電”，此法既不浪費電力，充電時刻短，對延伸蓄電池使用壽命有利，一起核算蓄電池容量也簡單得多。風(fēng)力發(fā)電的狀況，

• 雙登蓄電池注意事項

  雙登蓄電池注意事項： (1)非專業(yè)人士不得打開蓄電池，以免危險，如不慎電池殼破裂，接觸到硫酸，請用大量清水沖洗，必要時請就醫(yī)。 (2)使用多個電池時，要注意電池間的連線正確無誤，注意不要短路。 (3)使用過程中應(yīng)避免強烈震動或機械損傷 (4)使用上、下帶有通氣孔的電池容器以便散熱。 (5)請不要讓雨水淋到蓄電池，或者將電池浸入水中。 (6)電池的清掃請用盡量擰干的濕抹布進行，請不要使用干布或撣子等

• 可能會影響雙登蓄電池使用壽命的原因

  1.過充：雙登蓄電池在充電初期，雙登電池端電壓較低，這時無氫氧氣體析出，隨后雙登蓄電池端電壓逐漸上升，當(dāng)雙登電池端電壓升高到一定數(shù)值時，雙登電池將析出大量氣體。當(dāng)雙登電池端電壓上升至2.30—2.35V/只時(此電壓稱為發(fā)氣點電壓)雙登電池中氣體顯著增多。隨著充電的進行，電極表面的PbO2愈來愈多，而PbSO4已逐漸變少，正極析氧速率便會愈來愈大，與此同時電池負極也開始析氫。故過充電將會使電池產(chǎn)