v1.3.1主要的零部件作用圖1.1電池的構(gòu)造隔板：隔離正負(fù)極板，吸附酸氧，防止短路，提供氧復(fù)合通道。極板：提供反應(yīng)活性物質(zhì)。極柱：連接正負(fù)極板。導(dǎo)出來(lái)電流。安全閥：排氣，保護(hù)電池內(nèi)部，隔絕空氣。槽蓋：防止硫酸和極群。板柵：支撐活性物質(zhì)與導(dǎo)電。電解液：在正負(fù)極活性物質(zhì)間使電子能夠在其中轉(zhuǎn)移移動(dòng)。1.3.2鉛酸電池的分類（1）按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分類啟動(dòng)型蓄電池：用于汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)等啟動(dòng)和照明；牽引型蓄電池：用于各種蓄電池車，叉車，鏟車等動(dòng)力電源；鐵路用蓄電池：用于鐵路內(nèi)燃機(jī)車、電動(dòng)機(jī)車、客車啟動(dòng)、照明之動(dòng)力；儲(chǔ)能用蓄電池：用于風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等用電能儲(chǔ)存。（2）按極板結(jié)構(gòu)分類涂膏式：將鉛氧化物用硫酸溶液調(diào)成糊狀鉛膏，涂在用合金鑄成的板柵上，經(jīng)干燥，化成形成活性物質(zhì)。管式：用鉛合金制成形式不同于涂膏式板柵的骨架，在骨架外套以編制的纖維管，管中裝入活性物質(zhì)。形成式：極板有純鉛鑄成，活性物質(zhì)是鉛本身在化成液中經(jīng)反復(fù)充、放電形成一薄層。（3）按蓄電池蓋和結(jié)構(gòu)分類有開口式、排氣式、防酸鎘爆式和密封閥控式蓄電池。（4）按蓄電池維護(hù)方式分類有普通式、少維護(hù)式、免維護(hù)式蓄電池。1.4鉛酸蓄電池工作原理1.4.1鉛酸蓄電池電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生鉛酸\t"/190/_blank"蓄電池放電過程的電化反應(yīng)：鉛酸蓄\t"/190/_blank"電池放電時(shí)，在蓄電池的電位差作用下，負(fù)極板上的電子經(jīng)負(fù)載進(jìn)入正極板形成電流I。同時(shí)在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。負(fù)極板上每個(gè)鉛原子放出兩個(gè)電子后，生成的鉛離子與電解液中的硫酸根離子反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛。正極板的鉛離子得到來(lái)自負(fù)極的兩個(gè)電子后，變成二價(jià)鉛離子與電解液中的硫酸根離子反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛。正極板水解出的氧離子與電解液中的氫離子反應(yīng)，生成穩(wěn)定物質(zhì)水。（1）鉛酸蓄電池充電后，正極板是二氧化鉛(PbO2)。在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)——?dú)溲趸U(Pb(OH)2)，氫氧根離子在溶液中，鉛離子(Pb2+)留在正極板上，故正極板上缺少電子。

（2）鉛酸蓄電池充電后，負(fù)極板是鉛(Pb)，與電解液中的硫酸（H2SO4)發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子(Pb2+)，鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負(fù)極板上留下多余的兩個(gè)電子(2e)。可見，在未接通外電路時(shí)（電池開路），由于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負(fù)極板上多余電子，兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動(dòng)勢(shì)。1.4.2鉛酸蓄電池放電過程的電化反應(yīng)（1）鉛酸蓄電池放電，在蓄電池的電位差作用下。負(fù)極板上的電子經(jīng)負(fù)載進(jìn)入正極板形成電流I，同時(shí)在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。

（2）負(fù)極板上每個(gè)鉛原子放出兩個(gè)電子后，生成的鉛離子(Pb2+)與電解液中的硫酸根離子(SO42-)反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛(PbSO4)。

（3）正極板的鉛離子(Pb4+)得到來(lái)自負(fù)極的兩個(gè)電子(2e)后，變成二價(jià)鉛離子(Pb2+)與電解液中的硫酸根離子(SO42-)反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛(PbSO4)。正極板水解出的氧離子(O2-)與電解液中的氫離子(H+)反應(yīng)，生成穩(wěn)定物質(zhì)水。

（4）電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場(chǎng)的作用下分別移向電池的正負(fù)極，在電池內(nèi)部形成電流，整個(gè)回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。

放電時(shí)H2SO4濃度不斷下降，正負(fù)極上的硫酸鉛(PbSO4)增加，電池內(nèi)阻增大（硫酸鉛不導(dǎo)電），電解液濃度下降，電池電動(dòng)勢(shì)降低。

（5）化學(xué)反應(yīng)式為：正極活性物質(zhì)電解液負(fù)極活性物質(zhì)正極生成物電解液生成物負(fù)極生成物正極活性物質(zhì)電解液負(fù)極活性物質(zhì)正極生成物電解液生成物負(fù)極生成物↓↓↓↓↓↓PbO2+H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4氧化鉛稀硫酸鉛硫酸鉛水硫酸鉛1.4.3鉛酸蓄電池充電過程的電化反應(yīng)（1）充電時(shí)，應(yīng)在外接一直流電源（充電極或整流器），使正、負(fù)極板在放電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成原來(lái)的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。

（2）在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價(jià)鉛離子(Pb2+)和硫酸根負(fù)離子(SO42--)由于外電源不斷從正極吸取電子，則正極板附近游離的二價(jià)鉛離子(Pb2+)不斷放出兩個(gè)電子來(lái)補(bǔ)充，變成四價(jià)鉛離子(Pb2+)，并與水繼續(xù)反應(yīng)，最終在正極極板上生成二氧化鉛(PbO2)。

（3）在負(fù)極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價(jià)鉛離子(Pb2+)和硫酸根負(fù)離子(SO42-)，由于負(fù)極不斷從外電源獲得電子，則負(fù)極板附近游離的二價(jià)鉛離子(Pb2+)被中和為鉛(Pb)，并以絨狀鉛附在負(fù)極板上。

（4）電解液中，正極不斷產(chǎn)生游離的氫離子(H+)和硫酸根離子(SO42-)，負(fù)極不斷產(chǎn)生硫酸根離子(SO42-)，在電場(chǎng)的作用下，氫離子向負(fù)極移動(dòng)，硫酸根離子向正極移動(dòng)，形成電流。

（5）充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會(huì)發(fā)生水的電解反應(yīng)。

（6）化學(xué)反應(yīng)式為：正極活性物質(zhì)電解液負(fù)極物質(zhì)正極生成物電解液生成物負(fù)極生成物

↓↓↓↓↓↓

PbO2+H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4

氧化鉛稀硫酸鉛硫酸鉛水硫酸鉛1.4.4鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化（1）從上面可以看出，鉛蓄電池放電時(shí),電解液中的硫酸不斷減少,水逐漸增多,溶液比重下降.

（2）從上面可以看出,鉛酸蓄電池充電時(shí),電解液中的硫酸不斷增多,水逐漸減少,溶液比重上升.

（3）實(shí)際工作中,可以根據(jù)電解液比重的變化來(lái)判斷鉛酸蓄電池的充電程度。1.5鉛酸蓄電池的發(fā)展方向鉛酸蓄電池自從發(fā)明到現(xiàn)在，已有近一個(gè)半世紀(jì)時(shí)間，這期間，鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了極大地變化。隨著科技的發(fā)展，在現(xiàn)在以及將來(lái)的生產(chǎn)應(yīng)用中，我們對(duì)電池的性能要求顯然會(huì)越來(lái)越高。如汽車內(nèi)開始使用電器，且頻率種類越來(lái)越多，這要求汽車內(nèi)部有42V的電網(wǎng)，這就意味著電池要具有較高的功率，能夠承受住高負(fù)荷狀態(tài)下的使用，還要擁有較長(zhǎng)的使用壽命。不同用途的電池特點(diǎn)亦有所不同，相較于循環(huán)用途下使用，閥控式鉛酸蓄電池在適當(dāng)速率充放電，部分荷電狀態(tài)用途下會(huì)明顯增強(qiáng)電池在整個(gè)使用期間的存儲(chǔ)能力；同時(shí)，42V的電網(wǎng)要求電池進(jìn)行更高率的充放電過程，因?yàn)殡姵厥遣糠趾呻姞顟B(tài)，所以會(huì)迅速產(chǎn)生大量不可復(fù)原的PbSO4,這會(huì)導(dǎo)致電池的使用壽命縮短。面對(duì)一些新的要求，鉛酸蓄電池需要重大改進(jìn)。鉛酸蓄電池技術(shù)熟已經(jīng)難突破依強(qiáng)命力其收再利用率高其類型電池比擬要環(huán)保做鉛酸電池安全二電池。在表1.1中，我們對(duì)大、中型鉛酸蓄電池在個(gè)領(lǐng)域中面對(duì)的性能要求做了簡(jiǎn)單的概括。表SEQ表格\*ARABIC\s11.1當(dāng)前市場(chǎng)上對(duì)鉛酸蓄電池的性能要求應(yīng)用性能要求汽車（42V電網(wǎng)）部分荷電狀態(tài)用途，20kWh,20kW電池使用壽命期間總共輸出5000kWh混合電動(dòng)車部分荷電狀態(tài)用途，1~3kWh，30kW600W/kg每千瓦時(shí)容量總輸出5000KWh純電動(dòng)車40Wh/kg快速充電1000次深循環(huán)壽命通信系統(tǒng)在一定要求的使用溫度下?lián)碛?0年的浮充壽命，并能可靠運(yùn)行邊遠(yuǎn)地區(qū)供電部分荷電狀態(tài)用途十年的可靠壽命第二章鉛酸蓄電池基礎(chǔ)知識(shí)與通性閥控式鉛酸蓄電池的主要零部件及其作用如下：(1)槽蓋：放置極板群群和電解液（硫酸）；(2)安全閥:排氣，單向減壓；隔絕空氣，防止失水；(3)極柱：連接導(dǎo)線，傳導(dǎo)電流；(4)板柵：支撐電池活性物質(zhì)，傳導(dǎo)電流；(5)極板：提供電池活性物質(zhì)；(6)隔板：隔離正負(fù)極極板，吸附硫酸，其孔隙是氧由正極傳遞到負(fù)極的通道。其中按照所需原材料大體可以將電池分為五個(gè)主要部分：(1)用ABS注塑的電槽、中蓋、上片；(2)用鉛合金部分鑄造的格子體板柵；(3)用AGM玻璃棉制造的隔離板部分；(4)加入鉛膏中可以提高電池性能的添加劑部分；(5)鉛酸蓄電池所用硫酸電解液部分。2.1注塑電池外殼所用樹脂原料根據(jù)不同電池外殼設(shè)計(jì)的要求其原料選用主要分為ABS和PP兩種塑料。若工作環(huán)境溫度較高時(shí)，為減少水分的損失可以考慮選用滲水率較低的PP材質(zhì)，其滲水率僅為ABS的1/16。若采用PP材質(zhì)多數(shù)情況下要采用熱封封蓋方式。表2.1我國(guó)鉛的牌號(hào)和化學(xué)成分名稱牌號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）不大于Pb（不小于）AgCuSbSnAsBiFeZn雜質(zhì)總和一號(hào)鉛Pb-199.990.00050.0010.0010.0010.00050.0030.00050.00050.006二號(hào)鉛Pb-299.90.0020.010.050.010.010.030.020.0020.1三號(hào)鉛Pb-399.00.0030.000.20.010.011.0通常鉛酸電池中鉛合金是用于鑄造板柵、極柱等。我們對(duì)鉛酸蓄電池中的鉛合金常有以下要求：優(yōu)質(zhì)的可焊性、鑄造性能、導(dǎo)電能力、耐腐蝕性能、機(jī)械性能、板柵與活性物質(zhì)之間的能保持良好的機(jī)械接觸和電接觸、成本及價(jià)格低廉。2.2鉛酸電池充放電特性2.2.1充電中的電壓變化充電時(shí)，硫酸鉛反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化鉛和鉛，同時(shí)又有硫酸的生成，因而表面的活性物質(zhì)的硫酸濃度增加的很快，電池端的電壓迅速上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定值時(shí)，由于擴(kuò)散的原因，使得比較活性的物質(zhì)表面和細(xì)微孔內(nèi)硫酸的濃度不在快速上升，電池端電壓也相對(duì)上升平穩(wěn)，當(dāng)極板上反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，硫酸鉛不多時(shí)，由其溶解所提供的電化學(xué)還原和氧化的鉛離子非常少時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)極化增加，到達(dá)了水分解電壓，因此水的電解開始進(jìn)行，所以端電壓急劇上升。2.2.2放電中電壓變化當(dāng)放電開始時(shí)，鉛酸蓄電池的電壓下降，放電的繼續(xù)進(jìn)行，電壓慢慢的趨于快速穩(wěn)定，并慢慢的降低。過了一段時(shí)間后，電壓又開始快速下降，直到達(dá)到所規(guī)定的終止電壓，之所以造成這樣的現(xiàn)象是因?yàn)榉烹婇_始時(shí)，反應(yīng)的進(jìn)行，活性物質(zhì)的表面的硫酸被消耗掉。電極表面上的硫酸濃度會(huì)降低，而硫酸由主體溶液向電極表面擴(kuò)散的過程中緩慢的不能彌補(bǔ)所消耗的硫酸，所以慢慢的這樣進(jìn)行，活性物質(zhì)的表面的硫酸濃度會(huì)慢慢降低。這樣的結(jié)果導(dǎo)致了，電極表面的硫酸和主體溶液中的硫酸之間的濃度差，促使了向表面擴(kuò)散的過程，所以活性物質(zhì)的表面和微孔內(nèi)部的硫酸得到了一定量的補(bǔ)充，活性物質(zhì)表面的硫酸濃度比較穩(wěn)定。由此電池的端電壓也相對(duì)穩(wěn)定，但是因?yàn)檎w的硫酸濃度降低，由此電壓的表現(xiàn)出緩慢的降低，反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，硫酸鉛往活性物質(zhì)的深處擴(kuò)散，然而硫酸向活性物質(zhì)微孔內(nèi)部擴(kuò)展變得愈來(lái)愈困難，還有就是硫酸鉛的導(dǎo)電性不好，所以在放電后期，電壓快速降低，直到終止電壓。2.3正負(fù)極活性物質(zhì)2.3.1負(fù)極活性物質(zhì)(1)鉛負(fù)極反應(yīng)機(jī)理鉛負(fù)極的充放電反應(yīng)：Pb+H2SO4PbSO4+2H++2e溶解平衡：Pb-2ePb2+ 沉淀過程：Pb2++HSO4PbSO4+H+當(dāng)鉛酸蓄電池充放電時(shí)，發(fā)生陽(yáng)極氧化的鉛電極。鉛已Pb離子溶在溶液中，擴(kuò)散離開電極的表面，當(dāng)SO42-和Pb2+濃度的乘積，高于PbSO4的溶度積時(shí)，將在鉛電極的附近產(chǎn)生了PbSO4沉淀。由此鉛的的陽(yáng)極氧化，是一個(gè)伴隨化學(xué)沉淀的反應(yīng)過程。Pb2+在充電過程中被還原，并且是帶有PbSO4溶解的前置反應(yīng)過程。(2)鉛負(fù)極鈍化鉛在硫酸溶液中溶解，會(huì)再一定的條件下發(fā)生鈍化，導(dǎo)致容量降低。鈍化的原因是在鉛在硫酸溶液中生成不導(dǎo)電的PbSO4晶體會(huì)吸附在鉛負(fù)極的表面上，將鉛負(fù)極與電解液分開，這樣就發(fā)生了鉛負(fù)極的鈍化，為了防止鉛負(fù)極鈍化，在生產(chǎn)的過程中采用真是表面積大的海綿鉛作為負(fù)極。(3)鉛負(fù)極添加劑為了提高電池的輸出率和電池壽命，一般來(lái)說在鉛膏中加入膨化機(jī)，為了阻止鉛電極在化成后的干燥工序中氧化。同時(shí)抑制析氫反應(yīng)，通常往鉛膏中加入一些緩蝕劑。(4)阻化劑的作用阻化劑是一種抗氧化物質(zhì)，因?yàn)殂U負(fù)極幾班的起始物質(zhì)組成為氧化鉛。堿式硫酸鉛，和少量鉛以及膨脹劑的混合物，這種組成沒有電化學(xué)活性，必須經(jīng)過化成，洗滌，干燥等工序，在組裝成電池。剛化成的鉛負(fù)極電化學(xué)活性高，且電極上有一層薄的稀硫酸液膜，極利于氧擴(kuò)散，因此會(huì)加速鉛的氧化，降低電池容量。2.3.2正極活性物質(zhì)鉛酸蓄電池的正極是二氧化鉛，化學(xué)式為；PbO2，其物理化學(xué)性質(zhì)如下：PbO2晶型有α-PbO2和β-PbO2。其兩個(gè)晶型可在一定的條件下互相轉(zhuǎn)化，在高壓和研磨條件下，β-PbO2可以轉(zhuǎn)化α-PbO2，在296和301的溫度下，α-PbO2能夠轉(zhuǎn)化為β-PbO2。PbO2的電阻率是介于絕緣體和導(dǎo)體之間，是具有半導(dǎo)體的性質(zhì)。在電場(chǎng)的作用作用下，自由電子在晶格內(nèi)的流動(dòng)速度比O2-遷移快，且在晶體內(nèi)自由電子的濃度比O2空格濃度高得多。因此，PbO2晶體主要靠自由電子導(dǎo)電，是一種n型半導(dǎo)體。PbO2晶體的導(dǎo)電性與晶體中自由電子和O2-空格的濃度總和有關(guān)，同時(shí)與載流子在晶體中遷移時(shí)所受到的阻力也有關(guān)，α-PbO2中載流子濃度較高，但是遷移時(shí)阻力大，所以，α-PbO2的導(dǎo)電性比β-PbO2的導(dǎo)電性差。2.3.3VRLA氧復(fù)合原理密封鉛酸蓄電池在設(shè)計(jì)上限制了正極容量，但負(fù)極活性物質(zhì)容量相對(duì)過多，為了保證充電時(shí)正極率先析出來(lái)氧氣，而負(fù)極上部析出產(chǎn)生氫氣。2H2OO2+4H++4e正極活性物質(zhì)析出的氧氣穿透隔膜。擴(kuò)散到負(fù)極，與海綿鉛反應(yīng)：Pb+O2+H2SO4→PbSO4+H2O同時(shí)負(fù)極的氧氣還可能發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng)：O2+4H++4e→2H2O這樣，在電池內(nèi)就不會(huì)積累產(chǎn)生氧氣，負(fù)極一直處于充電不足狀態(tài)，也不會(huì)析出氫氣。2.4鉛負(fù)極不可逆硫酸鹽化及消除方法蓄電池在使用和維護(hù)不當(dāng)時(shí)，如經(jīng)常充電不足或過放電時(shí)，負(fù)極上會(huì)形成一種粗大堅(jiān)硬的硫酸鉛結(jié)晶，這種硫酸鉛很難充電，這種現(xiàn)象稱不可逆硫酸鹽化。極板硫酸鹽化的電池有以下特征：(1)充電時(shí)電壓上升快，放電時(shí)電壓下降迅速；(2)充電時(shí)氣泡產(chǎn)生過早；(3)電解液H2SO4密度低于正常值；(4)極板表面生成白色粒狀斑點(diǎn)；(5)電池容量明顯下降；負(fù)極板硫酸鹽化的原因是硫酸鉛重結(jié)晶，導(dǎo)致粗大結(jié)晶形成，降低PbSO4的溶解度。蓄電池在正常放電時(shí)，生成微細(xì)的PbSO4晶體，充電時(shí)微細(xì)的PbSO4晶體，容易還原成鉛，但是這種微細(xì)得多的晶體系有降低表面自由的傾向。從結(jié)晶規(guī)律可知，小晶體的溶解度大于大晶體的溶解度。所以，一些PbSO4晶體依靠附近更小的晶體溶解而沉積在較大的PbSO4結(jié)晶體上，導(dǎo)致不可逆硫酸鹽化。由于生成粗大的PbSO4晶體，消耗了一部分硫酸，造成H2SO4密度低于正常值而且減少了活性物質(zhì)的量。另外，粗PbSO4晶體會(huì)覆蓋部分反應(yīng)面積，增大電池內(nèi)阻，導(dǎo)致電池容量急劇下降，甚至使電池失效。消除極板硫酸鹽化的方法是用蒸餾水代替電解液硫酸，充電時(shí)以小電流，待大量氣體逸出來(lái)，且電解液硫酸的密度增加到1.1g.cm3后開始停止充電這個(gè)過程，再用蒸餾水代替已經(jīng)完成的硫酸，采用用同樣的電流在充電。重復(fù)數(shù)次這種操作，甚至電解液硫酸密度在充電過程不再增加后，調(diào)整電解液硫酸至所需的濃度。如極板硫酸鹽化不嚴(yán)重，可采用過充電或小電流密度充電來(lái)消除硫酸鹽化。2.5鉛酸蓄電池的容量鉛酸蓄電池的容量是指把完全處于充電狀態(tài)的鉛酸電池，按一定的放電條件，放電到所規(guī)定的終止電壓，能夠釋放的電量，用（A.h）表示。電池的容量分為額定容量、理論容量，實(shí)際容量三種。汽車用鉛酸電池的工作主要是為汽車啟動(dòng)提供能量和照明，點(diǎn)火和其他用設(shè)備來(lái)提供能量。電池的實(shí)際容量與放電制度和電池結(jié)構(gòu)有關(guān)，放電率低，放電電壓下降緩慢，放出的實(shí)際容量高。2.5.1容量表示1.當(dāng)放電的電流是隨時(shí)間變化的，而不是恒定時(shí)，電池輸出電量要用積分求出，即：C=QUOTE………（2.1）式中C…….容量（A·h）I………放電電流（A）t……….放電時(shí)間（h）2.假如放電電流是恒定的情況下，即：C=It……………（2.2）2.5.2影響實(shí)際容量的因素在活性物質(zhì)的數(shù)量一定時(shí)，其利用率決定實(shí)際容量。放電時(shí)，利用率則是，實(shí)際參加物質(zhì)的量與總的物質(zhì)的量的百分比。即：?=QUOTE（2.3）式中W……實(shí)際參與反應(yīng)物質(zhì)的量（Kg）W1……全部活性物質(zhì)的量（Kg）?……活性物質(zhì)利用率（%）影響實(shí)際容量的因素有：(1)放電條件電池的影響：a.放電率在活性物質(zhì)的總量不變的情況下，電池的容量是隨著放電電流的增大而減小b.溫度電池容量及活性物質(zhì)利用率隨著溫度的增加而增加c.終止電壓電流放電時(shí)規(guī)定了較低的電壓，小電流放電時(shí)，規(guī)定了較高的電壓(2)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響a.極板面積的影響增加極板的集合面積，即在放電電流不變時(shí)，降低了電流密度，進(jìn)而利用率高，電池容量高。b.極板高度的影響在極板高度上，利用率分分布是不均勻的，尤其是極板高度較高時(shí)，極板的下半部分利用率較低，因此，極板不適合設(shè)計(jì)寬度小而高度過高。c.極板厚度的影響隨著極板的厚度增加，活性物質(zhì)的利用率降低，所以容量下降。(3)電解液濃度對(duì)電池容量的影響在鉛酸電池中，同是硫酸也是反應(yīng)物，當(dāng)體積一定時(shí)，增加濃度其實(shí)就是在增加反應(yīng)物，所以隨著電解液濃度的增加，電池容量也增加。(4)板柵設(shè)計(jì)參數(shù)的影響普通矩形板柵將改為放射形、將極耳靠一側(cè)的位置改為靠中時(shí)，容量也會(huì)增加。2.6鉛酸蓄電池使用與維護(hù)鉛酸蓄電池一般不帶電解液出廠，因此，在使用前應(yīng)設(shè)計(jì)要求配置電解液并對(duì)電池進(jìn)行初充電。2.6.1初充電充電直流電源的最高電壓為串聯(lián)電池的乘以3V計(jì)算，初充電電量為電池額定容量的3-5倍。初充電法有二段充電法和恒流充電法等。二段充電法是先以一定電流充電至一定時(shí)間，如當(dāng)單體電池的充電電壓升到2.40V，再將充電電流減小到一半，繼續(xù)充電至充足為止。恒流充電法是以恒定電流充足為止的。充電過程中注意電解液溫度變化，當(dāng)溫度升到40℃就開始降溫，或者減小充電電流，充電過程電解液最高溫度應(yīng)低于45℃。初充電達(dá)到充足的標(biāo)志是，電解液已劇烈冒細(xì)密氣泡，充電量已經(jīng)接近規(guī)定值；電壓與電解液密度上升到一定數(shù)值并保持3h以上固定不變。2.6.2電池使用過程的充電方法鉛酸電池在使用過程中，應(yīng)根據(jù)電池類型和使用要求，選擇不同的充電方法進(jìn)行充電。（1)正常充電法經(jīng)過初充電的電池在使用過程中的充電稱正常充電。正常充電方法與初充電基本相同，但充電電流比初充電大一些才行，充入的電量為上一次放出電量的1.2倍左右方可以。（2)均衡充電均衡充電可防止單體電池之間的密度，電容量電壓等不均勻現(xiàn)象。均衡充電方法是將使用過的電池按照正常充電方法進(jìn)行充電后，停止1h，再用比正常充電電流小的電流在進(jìn)行充電。當(dāng)電池劇烈冒氣泡時(shí)停充一小時(shí)，在沖一小時(shí)，如此反復(fù)進(jìn)行，知道每個(gè)電池一經(jīng)充電即劇烈冒氣泡，且電池電壓。電解液密度保持不變?yōu)橹?。?)快速充電快速充電電流為正常充電電流的兩倍，當(dāng)單體電池電壓升到大約2.40V時(shí)，應(yīng)改為正常充電的電流充足為止。（4)恒壓充電法充電過程中要保持電壓恒定，一般來(lái)講單體電池電壓為2.5V恒壓充電可避過充電，減少了氫氧氣體的產(chǎn)生，操作簡(jiǎn)單。2.6.3鉛酸蓄電池的壽命與維護(hù)（1)鉛酸蓄電池的壽命鉛酸蓄電池在使用開始階段，隨著時(shí)間的流失慢慢增加，其放電的容量也在不停地增加，逐漸達(dá)到了當(dāng)中的最大值，之后，隨著充放電的次數(shù)慢慢增加，放電容量越來(lái)越少，所以電池最終會(huì)失效。（2)電池失效有以下情況因?yàn)闃O板種類，制造的條件，使用的方式有所不同，最后導(dǎo)致電池失效的原因也有所不同，總結(jié)起來(lái)有幾種情況：a.不可逆硫酸鹽化；b.正極板柵的腐蝕變型；c.容量過早的消耗損失；d.熱失控；e.正極的活性物質(zhì)脫落與軟化；f.負(fù)極匯流排的腐蝕；g.隔膜穿孔造成的短路。（3)影響鉛酸蓄電池壽命的原因：a.放電深度放電深度越深，鉛酸蓄電池的使用壽命就越短；b.過充電程度過充電時(shí)會(huì)有大量的氣體析出，此時(shí)正極板的活性物質(zhì)要受到來(lái)自氣體的沖擊，將會(huì)促使活性物質(zhì)的脫落，另外，正極板柵合金同時(shí)也會(huì)遭受非常厲害的陽(yáng)極氧化腐蝕。因故電池過充電時(shí)會(huì)使用期限縮短；c.溫度的影響蓄電池的壽命會(huì)因?yàn)闇囟鹊纳叨娱L(zhǎng)；d.酸濃度影響酸的密度增加，其循環(huán)壽命會(huì)下降；e.放電電流的密度放電電流的密度隨之增加，電池的壽命會(huì)下降。（4)鉛酸電池的維護(hù)a.電池應(yīng)經(jīng)常處于充足電的狀態(tài)，充電不足的電池應(yīng)充足電池后在使用，使用過程要避免大電流充電，過充電和過放電；b.電池全全放電后，要在24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行充電；c.電池極板必須保持在電解液中，絕對(duì)不要露出電解液的液面。2.7密封式免維護(hù)鉛酸蓄電池免維護(hù)鉛酸蓄電池，顧名思義最大的特點(diǎn)就是"免維護(hù)"。和鉛酸蓄電池比它的電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)。當(dāng)然相對(duì)的，它的售價(jià)也會(huì)比鉛酸蓄電池更貴。至于使用壽命，正常情況下免維護(hù)蓄電池的建議更換周期為3年左右，與鉛酸蓄電池相當(dāng)。普通的鉛酸蓄電池在充電后期或存放期間，因?yàn)檎龢O析氧、負(fù)極是析氫，導(dǎo)致電解液中的水分相應(yīng)減小，需要不斷對(duì)電池加水來(lái)維護(hù)。密封式免維修電池是20世紀(jì)70年代新發(fā)明出的新型鉛酸蓄電池，這種電池是不漏氣、不漏液，能夠任何隨意位置放置。這種電池的板柵是采用鉛鈣系列合金或低銻合金，自放電過程少，常溫下儲(chǔ)存一年自放電損失小于40%，在使用過程中不要經(jīng)常加水維護(hù)。1985年，我國(guó)開始開發(fā)密封鉛酸蓄電池。這種電池實(shí)際上是一種閥控式電池。密封免維護(hù)鉛酸蓄電池采用九十年代最新設(shè)計(jì)的全密封結(jié)構(gòu)及現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝。使其具有高性能、長(zhǎng)壽命、無(wú)污染、免維護(hù)、安全可靠的卓越性能。于傳統(tǒng)蓄電池相比，免維護(hù)鉛酸蓄電池的電容可以在-30℃~+60℃的環(huán)境溫度下工作，同時(shí)還具有快速充電、大電流放電、內(nèi)阻低、循環(huán)壽命達(dá)10萬(wàn)次以上的超長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)。2.8影響荷電保持能力的因素a.硫酸濃度隨著硫酸濃度的增加，荷電保持能力會(huì)下降；b.溫度影響隨著溫度的增加，自放電程度增加；c.板柵合金的影響隨著銻含量的不同，都會(huì)造成不同的消耗。2.9減少自放電的措施a.嚴(yán)格控制原料的雜質(zhì)，可以減少電池的自放電；b.嚴(yán)格控制生產(chǎn)的過程中可能混入的雜質(zhì)；c.銻是對(duì)人體的有害的，盡量避免使用，采用純鉛的板柵；d.采用最新型的板柵合金，也可以減少板柵的合金自放電。第三章工藝流程設(shè)計(jì)3.1工藝流程概述鉛酸蓄電池的生產(chǎn)流程主要包括兩個(gè)部分：極板制造和電池裝配。極板制造又包括：合金配制、板柵制造、鉛粉制造、純水制備和硫酸配制、鉛膏制備、機(jī)器涂板、固化干燥、分板刷板。極板制造流程如下：鉛粉制造→鉛膏配置←硫酸配置←純水制取↓合金配置→板柵鑄造→機(jī)器涂板→固化干燥→分板刷耳↑↓脫模劑配制極板化成圖3-1極板制作流程圖電池裝配則包括：包板配組，極群焊接，極群裝槽，高壓短路測(cè)試，反極測(cè)試，穿壁焊接，穿壁焊點(diǎn)無(wú)損檢測(cè)，反極短路測(cè)試，電池蓋熱封，焊接端子，氣密性檢測(cè)，電池加酸，電池化成，酸液調(diào)整，蓋安全閥，水洗干燥，打碼靜置，大電流放電檢測(cè)，產(chǎn)品包裝。電池裝配流程如下：包板配組→板群焊接→板群裝槽→高壓短路測(cè)試↓反極短路測(cè)試←穿壁焊點(diǎn)無(wú)損檢測(cè)←穿壁焊接←反極測(cè)試↓電池蓋熱封→焊接端子→氣密性檢測(cè)→電池加酸↓水洗干燥←蓋安全閥←酸液調(diào)整←電池化成↓打碼靜置→大電流放電檢測(cè)→產(chǎn)品包裝圖3-2電池裝配流程3.2鉛粉的制造3.2.1鉛粉的理化性質(zhì)（1）鉛粉結(jié)構(gòu)鉛粉是由氧化鉛和金屬鉛所組成的顆粒粉狀物，其顆粒的直徑一般為50微米左右，氧化鉛的含量占70~80%，純鉛占20~30%。其顏色根據(jù)氧化鉛的含量，顆粒大小不同呈藍(lán)黑，灰綠到土黃時(shí)的氧化鉛含量較高。氧化鉛在鉛粉中是以層狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，并且有兩種存在形態(tài)，一種是四方晶系形態(tài)，另一種是斜方晶系形態(tài)。在一定情況下這兩種形態(tài)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)變，溫度較低時(shí)易變?yōu)樗姆骄敌螒B(tài)氧化鉛，而溫度較高時(shí)易轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈骄敌螒B(tài)氧化鉛，其轉(zhuǎn)化溫度為480°C左右。在一般情況下，在鉛酸蓄電池極板用鉛粉中的氧化鉛是四方晶系形態(tài)的氧化鉛。（2）氧化度鉛粉氧化度是指鉛粉中氧化鉛所占的重量百分比，即：鉛粉的氧化度=氧化鉛的重量÷鉛粉總重量×100%。（3）堆積密度鉛粉的堆積密度又稱表觀密度或視密度，以g/cm3表示，它表示鉛粉氧化度，顆粒大小及顆粒結(jié)構(gòu)等多種因素的綜合性能。（4）分散度鉛粉的分散度是表示鉛粉顆粒大小或顆粒分配率的參數(shù)。（5）吸水率鉛粉的吸水率是指每千克鉛粉吸水的毫升數(shù)。（6）吸酸值鉛粉的吸酸值是表示鉛粉與稀硫酸反應(yīng)的程度不同，它是衡量鉛粉活性的一種方式。3.2.2鉛粉制造工藝（1）鉛粉制造是電極活性物質(zhì)制備的第一步，而且是很重要的一步，其質(zhì)量的好壞對(duì)電池的影響很大。目前，制造鉛粉主要有兩種方法：a球磨法：是由日本人島津源藏1924年研制成功的，所以采用的設(shè)備又叫島津式鉛粉機(jī)，它實(shí)際上是一個(gè)滾筒式球磨機(jī)。先將電解鉛做成鉛球，鉛球放進(jìn)主筒底部，隨著主筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于摩擦而生成很多細(xì)小的鉛粉顆粒，主要反應(yīng)是Pb與O2進(jìn)行反應(yīng)，最后為75%的PbO和25%的Pb，風(fēng)管將制好的鉛粉抽到一個(gè)裝置中，1-4um的顆粒從此裝置上部抽出，大顆粒沉積到裝置的底部，運(yùn)回主筒。被抽出的小顆粒進(jìn)入另一個(gè)聯(lián)通的裝置，里面有過濾布袋，更細(xì)小的顆粒從此裝置上部抽出，相對(duì)大的顆粒被沉積到底部。b另一種方法是氣相氧化法，也叫巴頓法，所用的鉛粉機(jī)叫巴頓式鉛粉機(jī)，是由美國(guó)專利首先公開的。它是將溫度高達(dá)450度的鉛液和空氣導(dǎo)入氣相氧化室，室內(nèi)有一高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，將熔融鉛液攪拌成細(xì)小的霧滴，使鉛液和空氣充分接觸，進(jìn)行氧化生成大部分是氧化鉛的鉛粉。再將鉛粉吹入旋風(fēng)沉降器，以便降溫并沉降較粗的鉛粉，最后在布袋過濾器中分離出細(xì)粉。簡(jiǎn)述就是：熔鉛為“液態(tài)”——提液——鉛液至加壓——?dú)怏w混合器——氧化倉(cāng)——氧化———鉛粉。（2）球磨式鉛粉和氣相氧化鉛粉的區(qū)別如下所示：表3.1球磨式鉛粉和氣相氧化鉛粉的對(duì)比對(duì)比項(xiàng)目球磨式鉛粉氣相氧化鉛粉顆粒直徑小顆粒，1~4um5~11um組成60%~70%αPbO，1~4%βPbO15%βPbO比表面積BET高，2m2/g低，0.5~1.5m2/g吸酸值高，200g/kg，合膏溫度高低，110~140g/kg。合膏溫度低顆粒外形鱗片狀球形應(yīng)用SLI啟動(dòng)電池，初始容量高，循環(huán)壽命短牽引電池初始容量低，循環(huán)壽命長(zhǎng)在空氣中的反應(yīng)活性高，接觸空氣易燒粉穩(wěn)定，不會(huì)燒粉生產(chǎn)噪音大無(wú)從上表中可以看出鉛粉組成一欄，球磨式鉛粉為60%~70%αPbO，1~4%βPbO,氣相氧化鉛粉為15%βPbO。而汽車用鉛酸蓄電池要求鉛膏中3BS含量高，而αPbO固化后才轉(zhuǎn)變?yōu)?BS，因此對(duì)于汽車用鉛酸蓄電池的鉛粉制造應(yīng)該選擇鉛粉中αPbO含量高的制造工藝。3.2.3球磨法制鉛粉工藝流程球磨法制鉛粉是指鉛粉或鉛塊在鉛粉楊圓筒內(nèi)通過相互撞擊和摩擦被磨碎成粉的過程。（1）鑄塊將符合要求的鉛錠加入熔鉛鍋內(nèi)加熱至400-500°C溶化后導(dǎo)入回轉(zhuǎn)圓盤式鑄塊機(jī)內(nèi)，鑄成條后拉出，通過自動(dòng)切刀將鉛條切成一定規(guī)格的鉛塊。鉛塊通過提升機(jī)送入儲(chǔ)存斗內(nèi)儲(chǔ)存六小時(shí)后輸送到鉛粉機(jī)內(nèi)制粉。（2）制粉球磨法制鉛粉是在滾筒式鉛粉機(jī)（又稱島津式鉛粉機(jī)）中完成的，鉛粉機(jī)的筒體內(nèi)并無(wú)任何的研磨體。鉛粉是靠鉛球或鉛塊在隨筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的相互撞擊或摩擦而形成的。這種鉛粉機(jī)有兩種形式，一種是風(fēng)選式鉛粉機(jī)，另一種是篩選式鉛粉機(jī)。這兩種鉛粉機(jī)的工作原理基本相同，不同的是出粉的方式不同，風(fēng)選式鉛粉機(jī)是通過吹入空氣而把鉛粉帶出，而篩選式鉛粉機(jī)是通過篩網(wǎng)來(lái)出粉的。由于篩選式鉛粉機(jī)的產(chǎn)量相對(duì)較低，而且網(wǎng)易損壞，維修量大，因此，目前在我國(guó)蓄電池企業(yè)大多采用風(fēng)選式鉛粉機(jī)。此設(shè)計(jì)也選用風(fēng)選式鉛粉機(jī)。將鉛塊由輸送器按負(fù)載定量送入球磨機(jī)，同時(shí)有鼓風(fēng)機(jī)給鉛粉機(jī)輸入定量的預(yù)熱空氣。球磨機(jī)由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)鉛塊也一道轉(zhuǎn)動(dòng)，鉛塊之間相互摩擦和撞擊產(chǎn)生大量熱，在熱空氣流中氧的作用下鉛塊發(fā)生位移的晶面邊緣受到氧化而生成了氧化鉛。反應(yīng)方程式如下：2Pb+O22PbO+Q（熱量）（Q=435.2kJ/mol）在這個(gè)摩擦撞擊晶體變形位移，氧化的過程中，鉛塊表面被氧化的部分就與鉛塊整體之間發(fā)生裂縫。隨著裂縫的逐漸深入，金屬氧化層在撞擊力和摩擦力的作用下，逐漸從球塊上脫落下來(lái)了，繼而進(jìn)一步磨碎，研細(xì)而形成了覆蓋一層二氧化鉛的細(xì)顆粒狀鉛粉。（3）收粉在鉛粉機(jī)內(nèi)磨制好的鉛粉要輸送出鉛粉機(jī)進(jìn)行收集，收集過程分為3個(gè)步驟：①風(fēng)力排粉通過對(duì)鉛粉機(jī)鼓風(fēng)和抽風(fēng)將鉛粉從鉛粉機(jī)內(nèi)輸出地過程。②沉降分離攜帶鉛粉的氣流在鉛粉機(jī)的出口進(jìn)入旋風(fēng)分離器后由于氣流的速度變小，大部分較粗顆粒的鉛粉就靠重力沉降下來(lái)、少部分微粒的鉛粉則靠旋風(fēng)產(chǎn)生的離心力而沉降。③除塵、過濾經(jīng)過旋風(fēng)分離器后的氣體中仍含有少量的鉛塵粒，經(jīng)過脈沖袋式過濾集粉器后塵粒被收集，而排放出凈化后的空氣。（4）儲(chǔ)存收集好的鉛粉通過螺旋輸送器輸送到貯粉塔內(nèi)貯存，通過人工法移至固定的容器內(nèi)進(jìn)行貯存。鉛粉貯存期為3-15天，在貯存的過程中注意防潮，防高溫以及嚴(yán)禁混入油水，灰塵等以免鉛粉變質(zhì)。3.2.4質(zhì)量指標(biāo)a.鉛粉的氧化度：（75±5%）b.鉛粉的視密度：1.40-1.07g/cm3c.鉛粉的吸水率：11%-14%d.鉛粉的篩析度：100目篩析后，篩余物≤7%3.3純水制備和硫酸配制3.3.1電解液雜質(zhì)任何物質(zhì)中絕對(duì)的純凈是不存在的，都多多少少的存在一些雜質(zhì)，同理在電解液中必然地會(huì)有雜質(zhì)物質(zhì)存在，電解液中的有害雜質(zhì)一般分為以下幾類物質(zhì)：（1）與活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的雜質(zhì)在電解液中如果存在硝酸及硝酸鹽，則其在電解液中電離出的硝酸根會(huì)與負(fù)極板上的鉛發(fā)生如下反應(yīng)：4Pb+10HNO3→4Pb(NO3)2+NH4NO3+3H2OPb(NO3)2+H2SO4→PbSO4+2HNO32NH4NO3+H2SO4→(NH4)2SO4+2HNO3反應(yīng)的結(jié)果生成了HNO3，而生成的硝酸又會(huì)繼續(xù)與金屬鉛反應(yīng)，如此循環(huán)直至負(fù)極板容量損失。（2）鹽酸(HCl)在電解液中如果存在鹽酸，則其在電解液中電離出的氯離子會(huì)與正極上的二氧化鉛發(fā)生如下反應(yīng)：PbO2+4HClPbCl2+H2O+Cl2PbCl2+H2SO4PbSO4+2HCl化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果生成了HCl，而生成的HCl又會(huì)繼續(xù)與二氧化鉛反應(yīng)，如此循環(huán)直至容量損失。（3）引起極板循環(huán)自放電的多價(jià)態(tài)雜質(zhì)a鐵(Fe)，硫酸鐵[Fe2(SO4)3]及硫酸亞鐵(FeSO4)這種多價(jià)鐵離子的氧化還原反應(yīng)會(huì)循環(huán)進(jìn)行，直至負(fù)極板上的二氧化鉛和鉛反應(yīng)完畢。即產(chǎn)生循環(huán)性的自放電直至極板活性物質(zhì)消耗完畢。反應(yīng)式如下：正極：PbO2+2FeSO4+2H2SO4→PbSO4+Fe2(SO4)3+2H2O負(fù)極：Pb+Fe2(SO4)3→PbSO4+FeSO4因此，鐵是最有害的雜質(zhì)之一，當(dāng)其含量在0.01%以上時(shí)，極板活性物質(zhì)又硬又脆，失去活性。b錳(Mn)、鎘(Cd)、鉍(Bi)及其鹽類同鐵及其鹽類相似，錳、鎘、鉍都有多價(jià)的離子結(jié)構(gòu)，在電解液中存在錳、鎘、鉍等金屬及其鹽類物質(zhì)，也會(huì)產(chǎn)生類似鐵及其鹽產(chǎn)生的危害，使極板失去活性。鉛酸蓄電池的用水質(zhì)量指標(biāo)如表3.2表3.2鉛酸蓄電池用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)名稱%指標(biāo)mg/L殘?jiān)俊?.01100錳(Mn)含量≤0.000010.1鐵(Fe)含量≤0.00044氯(Cl)含量≤0.00055硝酸鹽（以N計(jì)）含量≤0.00033銨(NH4)含量≤0.00088還原高錳酸鉀物質(zhì)（以O(shè)計(jì)）含量≤0.00022堿土金屬氧化物（以CaO計(jì)）含量≤0.00550電導(dǎo)率（25°C）/(uS.cm-1)≤2外觀≤無(wú)色透明因此本設(shè)計(jì)選用電滲析首先制得淡水，要求淡水的電導(dǎo)率≤100uS.cm-1。然后再用離子交換法制取純水，純水要求電導(dǎo)率≤2uS.cm-1。3.3.2制水流程（1）淡水制取源自蜂房濾芯過濾器底部進(jìn)水，由上部出水，在經(jīng)由電滲析器（電滲析器的正常工作電壓170V）的底部進(jìn)水，上部出水。符合水質(zhì)要求的淡水最后被臨時(shí)儲(chǔ)存在淡水罐中。（2）純水順流制淡水罐中的淡水通過抽水泵加壓，自陽(yáng)離子交換柱的上部進(jìn)水。下部出水，符合要求的水被臨時(shí)儲(chǔ)存在純水罐中。（3）再生液配制①酸箱、堿箱容積均為1m3每次配制約為一噸。②酸液配制（8%HCl）：稱量260kg濃HCl（30%）倒入酸箱子中，開啟淡水閥門，邊加邊攪拌，加滿為止，靜置待用，其溫度必須在45°C以下方可使用。③堿液配制（8%NaOH）：稱量80kgNaOH，倒入堿箱中開啟淡水閥門，邊加邊攪拌，加滿為止，冷卻待用，其溫度須在45°C以下方可使用。（4）樹脂再生浸泡a復(fù)床（即陽(yáng)離子交換柱和陰離子交換柱）逆流再生浸泡放盡樹脂中的水放盡樹脂中的水加再生液樹脂反洗b混床（及混合離子交換柱）再生反洗分層加再生液浸泡樹脂清洗樹脂混合樹脂正洗反洗分層加再生液浸泡樹脂清洗樹脂混合樹脂正洗3.3.3硫酸配制（1）電解液指標(biāo)鉛酸蓄電池用硫酸是通過外購(gòu)92%的濃硫酸，再把濃硫酸進(jìn)行稀釋。蓄電池用電解液指標(biāo)見表3.4表3.4蓄電池用電解液指標(biāo)指標(biāo)名稱質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)%質(zhì)量濃度g/l硫酸含量40-15480-180密度（50℃）/（g/cm3）≤0.020.24灼燒殘?jiān)俊?.00070.0084氯含量≤0.000040.00048鐵含量≤0.000030.00036砷含量≤0.00050.006硝酸鹽含量≤0.0020.024銅含量≤0.00080.01還原高錳酸鉀物質(zhì)含量（以O(shè)計(jì)）（2）配制流程a.關(guān)閉所有閥門，首先打開純水閥。b.純水達(dá)到罐體積1/2時(shí)，關(guān)閉純水閥。c.緩慢打開濃酸閥，運(yùn)行1.5~2h，待酸溫低于45°C后，在檢測(cè)口檢測(cè)密度及溫度。（用500ml量筒取樣500ml硫酸，將比重計(jì)放入，待比重計(jì)靜止且比重計(jì)不貼量筒壁以后再讀數(shù)）（3）濃硫酸指標(biāo)鉛酸蓄電池對(duì)電解液的要求很高，因此對(duì)濃硫酸的要求也很高，下面是蓄電池用硫酸指標(biāo)。蓄電池用硫酸指標(biāo)見表3.5。表3.5蓄電池用硫酸指標(biāo)指標(biāo)名稱一級(jí)（濃硫酸）二級(jí)H2SO4含量（%）≥9292灼燒殘?jiān)浚?）≤0.030.05錳殘?jiān)?）≤0.0000050.0001鐵含量（%）≤0.0050.012氯含量（%）≤0.0050.001砷含量（%）≤0.000050.0001銨含量（%）≤0.001銅含量（%）≤0.00050.005二氧化硫含量（%）≤0.0040.001氮氧化物含量（%）≤0.00010.001色度/ml≤12透明度/mm≥160503.3.4鉛膏制備鉛膏是極板活性物質(zhì)的母體，是由一定氧化度和表觀密度的鉛粉與水和硫酸溶液通過攪拌混合而形成的具有一定可塑性的膏狀物質(zhì)。鉛膏在鉛酸蓄電池中的作用主要是為電化學(xué)反應(yīng)提供和貯存所需要的物質(zhì)。鉛膏可分為“膏型膏”（或稱軟鉛膏）和“砂型膏”（或稱硬鉛膏），軟鉛膏和膏時(shí)采用較低密度的硫酸所致，一般酸密度為1.100-1.250g/cm3，每千克鉛粉的含酸量在20-30克之間。適合于鏈?zhǔn)酵堪鍣C(jī)和手工式涂板時(shí)應(yīng)用。硬鉛膏是采用較高密度的硫酸所致，一般酸密度為1.300-1.400g/cm3，每千克鉛粉的含酸量在35-45克之間。適合于帶式涂板機(jī)時(shí)應(yīng)用。3.4鉛膏的配制3.4.1鉛膏性質(zhì)（1）鉛膏視密度鉛膏的視密度是指鉛膏自然堆積的密度，即指鉛粉分散在硫酸和水的液體中自然堆積后其重量與總體積之比，單位為g/cm3。因此，它與鉛膏中水和硫酸的含量有直接的關(guān)系。一般情況下鉛膏視密度低，則極板活性物質(zhì)孔隙率大，活性物質(zhì)利用率高，蓄電池的初期容量有所提高。但在充放電的過程中，活性物質(zhì)相對(duì)易軟化脫落，影響其使用壽命。但視密度過高在充放電過程中活性物質(zhì)易膨脹而造成極板彎曲變形。在本設(shè)計(jì)中正極板鉛膏視密度采用4.0g/cm3，可以獲得較好的活性物質(zhì)利用率，從而能獲得較好的極板放電容量，同時(shí)活性物質(zhì)脫落也會(huì)相對(duì)較少，并且極板產(chǎn)生彎曲也較少，負(fù)極板鉛膏視密度略高為4.2g/cm3。因?yàn)樨?fù)極板在化成后，極板物質(zhì)是較軟的海綿狀鉛，不會(huì)出現(xiàn)膨脹壓力而產(chǎn)生彎曲的現(xiàn)象，同時(shí)能相對(duì)獲得較多的活性物質(zhì)。（2）鉛膏的稠度鉛膏的稠度即鉛膏的粘性，若鉛膏的稠度小，機(jī)器涂板時(shí)板柵吃膏量少，生極板易出現(xiàn)凹陷，掉膏及板面不平整現(xiàn)象。若鉛膏的稠度大，即膏硬，易產(chǎn)生板柵吃膏量多，填充難度大及板柵變形等現(xiàn)象。鉛膏的稠度與加水量，加酸量，添加劑的類型及鉛膏攪拌混合的方式，溫度有關(guān)。3.4.2合膏工藝流程鉛膏制備工藝流程簡(jiǎn)圖：出膏出膏檢查混合加酸加水干混配料 圖3.4鉛膏制備工藝流程圖3.4.3鉛膏形成機(jī)理（1）合膏過程第一步：鉛粉首先與水混合生成氫氧化鉛灰漿狀堿性物質(zhì)。加酸后，氫氧化鉛與硫酸發(fā)生中和反應(yīng)生成硫酸鉛和水：Pb(OH)2+H2SO4→PbSO4+2H2O由于生成的硫酸鉛成酸性，故與鉛粉中的氧化鉛繼續(xù)反應(yīng)生成一堿式硫酸鉛：PbSO4+PbO→PbO.PbSO4.H2O第二步:硫酸與氫氧化鉛和氧化鉛反應(yīng)生成一堿式硫酸鉛。一堿式硫酸鉛較為穩(wěn)定，能與鉛粉中的氧化鉛繼續(xù)反應(yīng)生成二堿式硫酸鉛，三堿式硫酸鉛，四堿式硫酸鉛;PbO.PbSO4+PbO→2PbO.PbSO4.H2O2PbO.PbSO4+PbO→3PbO.PbSO4.H2O3PbO.PbSO4+PbO→4PbO.PbSO4.H2O第三步：堿式硫酸鉛的轉(zhuǎn)化過程，鉛膏中的一堿式硫酸鉛多，鉛膏易失去塑性，不能涂膏。二堿式硫酸鉛在鉛膏中不穩(wěn)定，易轉(zhuǎn)化成其他形式的堿式硫酸鉛。三堿式硫酸鉛較為穩(wěn)定，在極板化成時(shí)易轉(zhuǎn)化為β-PbO2。β-PbO2系正方形晶系，晶粒細(xì)，表面積大，有多孔性，對(duì)電池初期容量有利，四堿式硫酸鉛化成時(shí)易轉(zhuǎn)化為α-PbO2。α-PbO2系斜方晶系，晶粒大，密度大，對(duì)電池壽命有利。此外，在鉛膏的和制過程中，鉛粉是有一少部分金屬鉛與空氣中的氧反應(yīng)生成PbO，反應(yīng)式為:2PbO+O2→2PbO2（2）鉛膏的組成氧化鉛，硫酸鉛，一堿式硫酸鉛，三堿式硫酸鉛、四堿式硫酸鉛、金屬鉛、氫氧化鉛、水。（3）和膏過程中水的作用和膏初期加水是為了促進(jìn)鉛粉中的金屬鉛進(jìn)一步地氧化和實(shí)現(xiàn)鉛粉的粘集，在和膏過程中，水起到使鉛膏疏松和軟化的作用。后期加水主要是調(diào)節(jié)鉛膏的表觀密度和稠度，保證鉛膏出機(jī)后達(dá)到規(guī)定的表觀密度和稠度。水還可以起到調(diào)節(jié)活性物質(zhì)的孔隙率的作用，即水的多少對(duì)固化干燥后極板的孔隙率有所影響。從而對(duì)活性物質(zhì)的反應(yīng)面積有所影響。（4）和膏過程中硫酸的作用在和膏時(shí)加入定量的硫酸溶液，生成堿式硫酸鉛。它的針形或棒形結(jié)構(gòu)起到交織作用，使鉛膏形成一定的機(jī)械強(qiáng)度。硫酸與鉛粉中的氧化鉛發(fā)生作用，改變鉛膏的酸堿關(guān)系。硫酸的加入量能起到調(diào)節(jié)鉛膏稀稠及鉛膏表觀密度的作用。3.4.4鉛膏制備過程①檢查合膏機(jī)，各開關(guān)是否正常，循環(huán)水是否暢通，缸內(nèi)是否有雜物。②根據(jù)所用配方設(shè)定的鉛粉重量，酸水重量，檢查酸水閥門開關(guān)，注意計(jì)量的準(zhǔn)確性。③打開下粉開關(guān)，請(qǐng)注意是哪一臺(tái)合膏機(jī)，開啟振動(dòng)器開關(guān)，注意保證鉛粉全部下完，下粉蝶閥栓經(jīng)常檢查是否緊固。④添加輔料，注意是否與極板配方種類相符，輔料完全加入。⑤干混攪拌均勻，時(shí)間7±1min。⑥啟動(dòng)加水開關(guān)，在4±1min內(nèi)加完工藝規(guī)定配方水，注意千萬(wàn)別把酸當(dāng)成水加入缸內(nèi)。⑦啟動(dòng)加酸開關(guān)，在18±1min內(nèi)加完工藝規(guī)定配方的酸。為了不超過工藝合膏60℃，可以適當(dāng)延長(zhǎng)時(shí)間。⑧攪拌14±1min進(jìn)行冷卻。⑨從缸內(nèi)3個(gè)不同點(diǎn)取樣做混合樣測(cè)視密度是否符合標(biāo)準(zhǔn)。用水銀溫度計(jì)插入鉛膏內(nèi)3min,溫度不允許超過55℃.3.4.5注意事項(xiàng)（1）測(cè)定鉛膏視密度停下合膏機(jī)，用小灰鏟鏟取缸內(nèi)鉛膏，從三個(gè)不同部位鏟取鉛膏裝入干凈膏杯（設(shè)其容積為Vcm3，重量為G0克）中，并輕力振動(dòng)膏杯，使杯中鉛膏充實(shí)無(wú)間隙，直至膏杯盛滿鉛膏為止，然后沿杯口上緣刮平鉛膏，再擦干凈杯外余膏，稱其總重（設(shè)為G克）則鉛膏視密度為：ρ=（G-G0）/V(g/cm3)（3.1）（2）鉛膏質(zhì)量檢查若鉛膏視密度，出膏溫度不合格，則需要做相應(yīng)調(diào)整。密度偏高，則加入適量純水進(jìn)行調(diào)整（調(diào)整水量為1~3kg）繼續(xù)攪拌3~5min，絕對(duì)禁止將水直接加入鉛膏中對(duì)稀。密度偏低，則延長(zhǎng)攪拌時(shí)間5~10min，或停機(jī)靜置適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后再重新攪拌，絕對(duì)禁止將鉛粉加入稀鉛膏中，以求增加鉛膏硬度。3.5合金配制及板柵鑄造3.5.1合金配制（1）在熔鉛鍋中加入合金配方中3/4的鉛錠，加熱至700℃。熔化后加入所需要的鋁錠并壓入鉛液中，攪拌5-10min使鋁均勻溶入鉛液中。（2）當(dāng)合金液溫度在680-700℃時(shí)，開始向鉛液中壓入所需的鈣屑，停止加溫后加入剩余的1/4鉛錠，鉛錠溶化后加入所需量的錫，并攪拌5-10min。（3）按爐內(nèi)鉛合金液重量的0.5-0.6%的量加入清渣劑，靜止3-5min，等爆剝后，將浮渣清除。（4）使?fàn)t內(nèi)溫度保持大于450℃，同時(shí)將鉛閥加熱至450℃，然后出合金液，鑄合金錠。3.5.2板柵鑄造（1）設(shè)定好熔鉛爐溫度控制參數(shù)熔鉛爐溫度控制參數(shù)見表3.5表3.5鉛爐溫度控制參數(shù)合金類型熔鉛爐輸鉛管道鉛勺?？谀５足U鈣合金460-520500-550500-540100-240100-240（2）根據(jù)生產(chǎn)的板柵型號(hào)，正確安裝好板柵模具，接上循環(huán)水。注意循環(huán)水暢通，模具與鉛鍋內(nèi)合金極性相符。（3）檢查個(gè)儀表顯示是否正常，各運(yùn)轉(zhuǎn)部位尤其是切刀下是否有異物，壓縮空氣是否正常，并給設(shè)備傳動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)部位加潤(rùn)滑油。（4）按照附表配制好脫模劑，使用銅絲刷將模具表面的舊脫模劑刷干凈，壓縮空氣吹凈模面粉塵。（5）將配好的脫模劑攪拌均勻后裝入噴槍容器內(nèi)，約裝滿4/5容積，每次噴涂前將脫模劑搖勻。（6）試鑄板柵并進(jìn)行調(diào)整，首件檢驗(yàn)板柵尺寸，重量，外觀。（7）批量鑄板。a.將板柵機(jī)打到自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整到規(guī)定的鑄板速度（保證板柵不變形），連續(xù)鑄板，正常的鑄板速度如下：板柵厚度δ≤2.5mm，10-14片/min；板柵厚度δ>2.5mm,9-13片/min；對(duì)于易變形的板柵，采用7-10片/min的鑄板速度b.鑄板工全檢每片板柵外觀，剔除其中不合格板柵，清除板柵四框及板柵柵格中的飛邊、鉛皮、修理邊框毛刺。要求合格板柵無(wú)糊筋、盲格、飛邊、毛刺、裂紋、氣孔中空c.嚴(yán)格按照工藝卡片控制板柵厚度及重量d.準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，合格板柵按50片一摞，整齊碼放于卡板e(cuò).視爐內(nèi)鉛液面高低向其中添加合金，一次加入量不宜超過40kg，以防止合金溫度波動(dòng)太大。潮濕的合金絕對(duì)不能直接加入爐內(nèi)鉛液爆濺傷人，加入前可以將合金錠放在爐邊烘干（8）板柵儲(chǔ)存a.操作工對(duì)所做每批板柵做好標(biāo)記（包括型號(hào)，極板、數(shù)量）b.極板存放過程做好防塵，防潮，防油污工作，最長(zhǎng)儲(chǔ)存不超過90天c.板柵時(shí)效硬化在常溫下應(yīng)大于3天，急于使用可在100-150℃干燥后變形，外觀達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)3.5.3脫模劑的配置（1）脫模劑配方脫模劑配方見表3.6表3.6脫模劑配方序號(hào)物料名稱規(guī)格單位數(shù)量1軟木粉過200目篩g45~502硅酸鈉d=1.25g/cm3g25~303自來(lái)水g10004桃膠顆粒狀g45~505聚乙烯醇工業(yè)級(jí)工業(yè)級(jí)2.4~2.7（2）配制方法首先將軟木粉和桃膠加入到配制鋁鍋內(nèi)，單獨(dú)加熱至沸騰，然后混合在一起。加入配方量得硅酸鈉和聚乙烯醇，加水調(diào)節(jié)，攪拌均勻。3.5.4質(zhì)量指標(biāo)板柵質(zhì)量指標(biāo)如下表所示：表3.7板柵質(zhì)量指標(biāo)缺陷名稱標(biāo)準(zhǔn)范圍結(jié)論重量超差正極板柵±3%，負(fù)極板柵±4%廢品厚度超差正極板柵±2%，負(fù)極板柵±3%廢品裂紋任何部位廢品缺肉正板柵任何位置，負(fù)板柵超過厚度的1/4且面積超過4cm2廢品掛耳短制短缺超過3mm廢品四框歪斜對(duì)角線歪斜超過2mm廢品筋條過細(xì)筋條細(xì)度小于標(biāo)準(zhǔn)值1/3廢品筋條斷缺極耳下有一處斷缺，豎盤條一處斷缺，橫筋條斷缺三處廢品氣泡、白斑表面無(wú)論何處廢品毛刺耳部第一大格超過1.5mm，其余部位凸出筋條2mm返修品糊筋任何部位返修品飛邊四框返修品3.6機(jī)器涂板3.6.1涂板概念涂板是指鉛膏與板柵形成涂膏式極板的過程，即將鉛膏按照規(guī)定的數(shù)量均勻地涂填到板柵格子體內(nèi)，使鉛膏和板柵良好的結(jié)合的過程。涂板分手工涂板和機(jī)械涂板，機(jī)械涂板是通過涂板機(jī)的填涂，壓實(shí)及淋酸的整個(gè)過程。目前使用的涂板機(jī)主要有兩種類型，一種是鏈?zhǔn)酵堪鍣C(jī)，適用于“膏型”鉛膏；另一種是帶式涂板機(jī)，適用于“砂型”鉛膏。3.6.2機(jī)涂工藝流程簡(jiǎn)圖機(jī)器涂板工藝簡(jiǎn)圖如下：填涂填涂淋酸或浸酸壓實(shí)存放檢查水量表面干燥塔檢板面膏量圖3-5機(jī)器涂板工藝簡(jiǎn)圖3.6.3質(zhì)量控制（1）涂膏量鉛膏是鉛酸蓄電池電化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)物質(zhì)，鉛膏經(jīng)過極板的固化和化成充電后轉(zhuǎn)化為電化反應(yīng)物（活性物質(zhì)），極板能輸出的電能多少與極板上活性物質(zhì)的量的多少有直接的關(guān)系，而極板上活性物質(zhì)的量又與極板上填涂的鉛膏有直接關(guān)系。（2）極板厚度與填涂的均勻性極板的厚度將直接影響到極板活性物質(zhì)的量從而影響電池的電能輸出，若極板填涂不均勻，在蓄電池充放電過程中板面活性物質(zhì)體積收縮和膨脹不一。極易造成極板彎曲和活性物質(zhì)脫落易造成鎘板吸酸量不均勻，易造成極板局部鈍化，使得蓄電池早期容量衰減加快。3.6.4極板壓實(shí)及淋酸壓實(shí)的目的是為了是鉛膏與板柵接觸牢固，適當(dāng)提高鉛膏視密度使極板具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和較高的表面積，有利于電池組容量及使用壽命。淋酸的目的是使極板表面生成一層很薄的硫酸鉛膜。防止極板的開裂和粘連及有利于極板表面平整，在淋酸時(shí)候調(diào)整好淋酸的時(shí)間和密度以使生成的硫酸鉛層符合工藝的要求。3.6.5水分控制經(jīng)過填涂、壓實(shí)、淋酸、表面干燥后、極板的含水量是影響下道工序（固化效果）的一個(gè)重要的因素，即極板鉛膏內(nèi)水分的多少是決定極板固化過程中鉛膏中的游離鉛氧化成氧化鉛的重要條件。也是極板上活性物質(zhì)與活性物質(zhì)之間以及活性物質(zhì)與板柵之間進(jìn)行良好結(jié)合的保證。3.6.6極板表面干燥涂板后的極板進(jìn)行表面干燥的目的有兩方面的目的：（1）充分除去極板表面活性物質(zhì)的水分，以防止收板時(shí)極板粘連。（2）保證極板內(nèi)部鉛膏含有一定量的水分以有利于極板固化時(shí)鉛膏內(nèi)金屬鉛的氧化。3.6.7涂膏注意事項(xiàng)涂膏時(shí)要嚴(yán)格區(qū)分正負(fù)極鉛膏，不允許混用涂膏機(jī)。特殊情況下要在負(fù)極板涂膏機(jī)上涂正極板時(shí)要先清洗干凈好負(fù)極板涂膏機(jī)后才可以進(jìn)行，而負(fù)極板可在正極板涂膏機(jī)上進(jìn)行。3.7極板固化干燥3.7.1固化干燥目的固化干燥即硬化脫水，涂填后的極板其一方面水分過多，另一方面鉛膏組織不穩(wěn)定，所以要經(jīng)過固化干燥工藝來(lái)使其硬化脫水。在完成鉛膏的硬化脫水的過程的同時(shí)要實(shí)現(xiàn)鉛膏中游離鉛的氧化，鉛膏與板柵的腐蝕結(jié)合，鉛膏中堿式硫酸鉛的再結(jié)晶以及多孔電極的形成等一系列的物化反應(yīng)。3.7.2固化干燥過程中的物化反應(yīng)（1）鉛形成氧化鉛生極板在進(jìn)行固化干燥前，極板鉛膏中含有部分游離鉛，而游離鉛在極板化成過程中由鉛（密度為11.34g/cm3）轉(zhuǎn)化為硫酸鉛（密度為6.32g/cm3）再到（密度為9.37g/cm3）時(shí)極板體積變化很大，由于體積膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致極板彎曲，活性物質(zhì)脫落，同時(shí)導(dǎo)致活性物質(zhì)孔隙率降低，而使正極極板化成時(shí)產(chǎn)生的氧氣不易傳送到極板表面逸出，而是在極板內(nèi)部積累產(chǎn)生壓力，氧氣在向極板移動(dòng)時(shí)具有沖刷作用，促進(jìn)了活性物質(zhì)的脫落。在負(fù)極板中由于過量的游離鉛高分散性的隱含在電化反應(yīng)生成的海綿狀鉛中，使活性物質(zhì)不能形成質(zhì)地均勻的物相，導(dǎo)致活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散、強(qiáng)度差、容易脫落。在此過程中發(fā)生以下反應(yīng)：2Pb+2H2O-4e→2PbO+4H+O2+4H++4e→H2O總反應(yīng)：2PbO+O2→2PbO2由以上反應(yīng)式可看出鉛氧化過程中必須有水的催化作用，干燥的金屬鉛很難被氧化成氧化鉛。因此在固化干燥過程中的極板必須具有一定的水分，且為了防止極板失水過快而要求具備較高濕度的環(huán)境條件。（2）形成腐蝕層板柵的腐蝕過程是板柵表面的鉛，銻，鈣等金屬在固化干燥工藝條件下自然氧化的過程，其腐蝕產(chǎn)物是金屬氧化物，這些金屬氧化物與鉛膏的某些組分有自然相同的晶型，使得彼此的連接具有一定的結(jié)合力，使得鉛膏與板柵之間牢固結(jié)合，從而保證極板電化學(xué)反應(yīng)的正常進(jìn)行。板柵的腐蝕是在游離鉛的氧化條件下進(jìn)行的，盡管板柵的表面積有對(duì)較小，加之溫度、濕度及氧化擴(kuò)散速度快慢等因素的影響，板柵氧化的速度較慢，只能形成表面較微腐蝕層，但它關(guān)系到極板乃至鉛酸蓄電池的性能，特別是對(duì)電池的壽命則更有直接的影響。一定的溫度、濕度及充足的氧氣條件進(jìn)行，并經(jīng)較長(zhǎng)的固化時(shí)間使板柵表面腐蝕達(dá)到理想狀態(tài)。（3）堿式硫酸鉛的再結(jié)晶合膏機(jī)填涂后極板鉛膏的堿式硫酸鉛的組相尚未穩(wěn)定，需要在固化干燥過程中進(jìn)行再結(jié)晶。即進(jìn)行以下反應(yīng)：2Pb+O2→2PbOPbSO4+PbO→PbO.PbSO4PbO.PbSO4+2PbO+H2O→3PbO.PbSO4.H2O3PbO.PbSO4+PbO+H2O→4PbO.PbSO4.H2O在固化干燥過程中通過堿式硫酸鉛的在結(jié)晶，使針狀與棒狀晶體結(jié)構(gòu)的3PbO.PbSO4.H2O與柱狀晶體結(jié)構(gòu)的4PbO.PbSO4.H2O形成相互交聯(lián)成堅(jiān)實(shí)的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)增強(qiáng)鉛膏中顆粒間的結(jié)合力及極板的強(qiáng)度起到良好的作用。（4）脫水硬化及多孔電極的形成經(jīng)填涂、壓實(shí)、淋酸及表面干燥后，極板上的鉛膏是由固相物質(zhì)（PbO、3PbO.PbSO4.H2O、Pb等）與液相物質(zhì)（H2SO4、H2O等）組成的多相松軟可塑性物質(zhì)體系。要通過固化干燥過程使其失去水分而凝結(jié)成微孔均勻的固態(tài)物質(zhì)，使極板具有良好的機(jī)械強(qiáng)度及電性能，固化干燥極板的失水過程稱為極板的脫水硬化。在一定的溫度和相對(duì)濕度條件下固化干燥時(shí)，鉛膏的失水首先是從極板表面開始的，表面鉛膏中的水受熱氣化是表面水分含量減少，形成極板表面與內(nèi)部濕度差。使得極板內(nèi)部的水向其表面擴(kuò)散而氣化。極板固化干燥硬化時(shí)，水分從極板鉛膏中向外逐步擴(kuò)散，水分離開鉛膏多相系統(tǒng)后，則在鉛膏的顆粒間形成了無(wú)數(shù)的小孔，從而形成了活性物質(zhì)多孔電極。3.7.3質(zhì)量控制（1）濕處理階段極板進(jìn)入固化室，通過蒸汽加熱加濕裝置，使固化室的濕度盡量接近100%的相對(duì)濕度和溫度保持在35℃左右。高的濕度和適當(dāng)?shù)臏囟饶鼙ＷC極板各部分濕度達(dá)到平衡。同時(shí)也使極板內(nèi)部的水分得到良好的保持，有利于堿式硫酸鉛的再結(jié)晶。（2）鉛氧化階段極板經(jīng)過濕處理階段后，在一定的溫度，濕度環(huán)境下進(jìn)入鉛氧化階段，主要發(fā)生鉛膏中金屬鉛的氧化，板柵的腐蝕及堿式硫酸鉛的再結(jié)晶，這些化學(xué)反應(yīng)以電化學(xué)機(jī)理進(jìn)行的。在這個(gè)過程中需要有適當(dāng)?shù)乃謥?lái)催化氧化反應(yīng)的進(jìn)行。要求在這個(gè)過程中鉛膏的含水量保持在7%~9%之間，從而保證鉛的氧化和板柵的腐蝕獲得最佳速率，在此過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱使極板溫度升至65℃左右，一方面有利于鉛的繼續(xù)氧化，另一方面也有利于下一步的極板干燥。（3）干燥階段鉛的氧化反應(yīng)基本結(jié)束后，極板進(jìn)入干燥階段，此時(shí)停止供蒸汽及提高溫度，在這個(gè)階段中主要完成極板的脫水硬化，多孔電極的生成以及鉛膏與板柵的腐蝕結(jié)合。在干燥過程中，水分失去會(huì)引起鉛膏的部分收縮，為防止過度的收縮并保證充分的孔率，要維持表面水分的蒸發(fā)速率與鉛膏內(nèi)部水分毛細(xì)除濕之間的平衡。3.7.4固化工藝條件極板在存放架上的間距1-2mm;固化階段：溫度40℃,相對(duì)濕度98%,時(shí)間24-30h;干燥階段：溫度70℃，時(shí)間20-24h。3.7.5生極板質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)3.8生極板質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表極板外觀質(zhì)量項(xiàng)目范圍標(biāo)準(zhǔn)耳部、四框斷裂任何處廢品四框歪斜超過2mm（雙片）返修品鉛膏凹陷深度超過厚度的1/3，面積超過總面積的4%返修品鉛膏掉快任何處返修品四框余膏疙瘩任何處返修品裂紋穿透裂紋返修品極板彎曲超過2mm返修品正極鉛膏金屬鉛含量>2%;負(fù)極板鉛膏金屬鉛含量>5%返修品正極板含水量>1%返修品極板的鉛膏量不符合工藝要求返修品

第四章鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1設(shè)計(jì)要求年產(chǎn)100萬(wàn)只6-QA-135Ah鉛酸蓄電池產(chǎn)量：100萬(wàn)只電池規(guī)格：6-QA135Ah額定電壓:12V4.2確定單體電池?cái)?shù)目單體電池?cái)?shù)目=EQ\F(工作電壓,單體電池額定電壓)（4.1）由式（4.1）得：?jiǎn)误w電池?cái)?shù)目==6（只）由相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)確定電池的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，電池只由一個(gè)單體電池構(gòu)成。4.3單體電池的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.3.1單體電池的電池容量1、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，所制電池為135（Ah）2、設(shè)計(jì)容量：為保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求容量，一般實(shí)際容量為設(shè)計(jì)容量的1.1~1.2倍，本設(shè)計(jì)取1.1倍，則設(shè)計(jì)容量=1.1×額定容量=1.1×135=148.5（Ah）4.3.2單體電池的正負(fù)極尺寸與數(shù)目（1）極板數(shù)目所制為啟動(dòng)型鉛酸蓄電池，參照標(biāo)準(zhǔn)極板相關(guān)規(guī)格，選用12Ah/片的規(guī)格：正極板數(shù)目=設(shè)計(jì)容量/12（Ah/片）……（4.2）由式（4.2）得：正極板數(shù)目=148.5Ah/12（Ah/片）=12.375（片）鉛酸蓄電池的正極存在活性物質(zhì)脫落，反應(yīng)效率不足等原因，所以為保證放電容量，負(fù)極一般比正極多，本設(shè)計(jì)取負(fù)極多于正極一片。正極板數(shù)取整13片，負(fù)極板14片。（2）極板的尺寸極板尺寸受各方面條件限制，主要受電池的用電器限制。按實(shí)際要求，電池主要用于汽車啟動(dòng)用與汽車內(nèi)部用電器供電，極板尺寸參照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，選用如下規(guī)格極板：極板高度：168mm；極板寬度：145mm；極板厚度：正極1.8mm，負(fù)極1.3mm；4.3.3計(jì)算每片電極所需的鉛粉量計(jì)算需先求出極板理論活性物質(zhì)用量，再考慮到實(shí)際的有效利用率不足100%，需用有效系數(shù)進(jìn)行修正，則每片極板活性物質(zhì)的實(shí)際用量由下面公式給出：每片極板活性物質(zhì)的量=EQ\F(電池設(shè)計(jì)容量,單體電池極片數(shù))×電化當(dāng)量÷活性物質(zhì)利用率（4.3）根據(jù)鉛酸蓄電池制造工藝手冊(cè)的數(shù)據(jù)，得知的PbO2的電化當(dāng)量為4.463g/（Ah），Pb的電化當(dāng)量為3.866g/（Ah），則對(duì)于起動(dòng)型鉛酸蓄電池：正極板鉛的理論用量=12×3.866=46.39（g）。式中，12為每片極板的額定安時(shí)數(shù)。實(shí)際用量=EQ\F(理論值,利用率)………（4.4）由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，測(cè)定極板厚度與極板活性物質(zhì)利用率的數(shù)據(jù)。測(cè)定本設(shè)計(jì)正極活性物質(zhì)利用率55%，負(fù)極活性物質(zhì)的利用率為62%。極板的制作需要經(jīng)過化成過程，即現(xiàn)將鉛粉涂在極板上，經(jīng)過化成槽處理，最后產(chǎn)生活性物質(zhì)，每克鉛生產(chǎn)出氧化度為75%的鉛粉的數(shù)量為：×0.75+0.25=EQ\F(223.2,207.2)×0.75+0.25=1.06（g）每片負(fù)極實(shí)際所需的鉛粉量=EQ\F(理論用量,負(fù)極利用率)×1.06………………（4.5）在計(jì)算中應(yīng)使用鉛的電化當(dāng)量來(lái)計(jì)算，計(jì)算的依據(jù)是根據(jù)電池反應(yīng)中各物質(zhì)的數(shù)量關(guān)系確定的。每片正極所需用鉛粉量=×1.06…（4.6）所以由式（4.6）知：每片正極需鉛粉量=12×3.866/0.55×1.06=89.41（g）每只單體電池正極需用鉛粉量=89.41×12=1072.92（g）每片負(fù)極需用鉛粉量=12×3.866/0.62×1.06=79.32（g）每只單體電池負(fù)極需用鉛粉量=79.32×13=1031.16（g）4.3.4生產(chǎn)用鉛膏量的計(jì)算（1）本設(shè)計(jì)擬采用的鉛膏配方見表4.1：表4.1鉛膏配方正極板用鉛膏配方負(fù)極板用鉛膏配方物料名稱用量物料名稱用量鉛粉250㎏鉛粉250㎏硫酸37L(40.7㎏)硫酸37L(40.7㎏)去離子水26L去離子水26L調(diào)整水1.5L調(diào)整水1.5L纖維70g纖維70g活性炭1.25㎏活性炭1.25㎏硫酸鋇—硫酸鋇0.7㎏（2）兩極中的鉛粉含量正極鉛膏中的鉛粉含量=EQ\F(250,250＋1.25＋0.07＋40.7)=85.61%負(fù)極鉛膏中鉛粉的含量=EQ\F(250,250＋1.25＋0.07＋40.7＋0.7)=85.4%（3）據(jù)設(shè)計(jì)容量計(jì)算鉛膏需用量：設(shè)計(jì)中按鉛膏密度為4g/cm3計(jì)算。正極板所需鉛膏量=89.41/0.8561=104.44（g/片）那么正極鉛膏體積為：104.44/4=26.11（cm3/片）負(fù)極所需鉛膏量=79.32/0.854=92.88（g/片）負(fù)極鉛膏體積為：92.88/4=23.22（cm3/片）4.3.5板柵的設(shè)計(jì)與計(jì)算板柵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需參照極板尺寸進(jìn)行，板柵設(shè)計(jì)主要的問題是板柵的材料，結(jié)構(gòu)，合金的組成成分等。板柵的筋條具有多種形狀供選擇，不同的形狀在工藝和性質(zhì)上有很大差別，這里板柵筋條的選擇如下：縱筋截面選為菱形，橫筋截面選為三角形。菱形截面對(duì)于活性物質(zhì)的保持能力很強(qiáng)，但對(duì)于制造所用的模具和脫模技術(shù)要求高。三角形截面在鑄造過程中易于脫模，但相對(duì)的對(duì)于活性物質(zhì)的保持能力差。本設(shè)計(jì)采用這兩種筋條混合使用，相互補(bǔ)足，力求效益最大化。筋條的具體數(shù)據(jù)有標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)數(shù)據(jù)作為參考，本設(shè)計(jì)選用以下參數(shù)的板柵：表4.2極板設(shè)計(jì)參數(shù)表名稱正極mm負(fù)極mm名稱正極mm負(fù)極mm板柵高度（H）168168棱形短對(duì)角線(a)1.21.0板柵寬度（B）145145三角形底邊長(zhǎng)度(a′)1.21.0板柵厚度（b）1.81.3極角高度(d)1.51.5縱向邊框?qū)?A)2.82.8極角寬度1.01.0橫向邊框?qū)?A′)2.32.3極耳寬度66縱筋條數(shù)(n)44極耳高度1010橫筋條數(shù)(n′)55⑴板柵筋條中心距的計(jì)算由于選定正負(fù)極板柵的筋條形式、數(shù)目及板柵高度、寬度均相同，因而正負(fù)極板柵的筋條的中心距也相同。縱筋中心距=EQ\F(板柵寬度-2×縱向邊框?qū)挾?縱筋條數(shù)+1)…………（4.7）縱筋中心距==2.79（cm）橫筋中心距=EQ\F(板柵高度-2×橫向邊框?qū)挾?橫筋條數(shù)+1)…………（4.8）橫筋中心距==2.72（cm）⑵板柵體積的計(jì)算板柵的總體積由板柵各部分體積加和而得。①縱筋體積計(jì)算：據(jù)本設(shè)計(jì)確定縱筋橫截面為棱形，則縱筋體積=縱筋橫截面積×縱筋高度×縱筋數(shù)目=棱形面積×棱柱高度×縱筋數(shù)目（4.9）縱筋體積=EQ\F(1,2)×b×a×(H－2A′－d)×n………………（4.10）式中，b為板柵厚度（棱形長(zhǎng)對(duì)角線長(zhǎng)）；a為棱形短對(duì)角線長(zhǎng)；H為板柵高度；d為極腳高度；A′為極板橫向邊框?qū)挾?；n為縱筋條數(shù)。由式（4.10）得：正極縱筋體積=EQ\F(1,2)×0.18×0.12×(16.8－2×0.23－0.15)×4=0.6994（立方厘米/片）負(fù)極縱筋體積=EQ\F(1,2)×0.13×0.10×(16.8－2×0.23－0.15)×4=0.4209（立方厘米/片）②橫筋體積計(jì)算據(jù)設(shè)計(jì)確定橫筋截面為三角形，所以：橫筋體積=橫筋截面積×橫筋長(zhǎng)度×橫筋數(shù)目=三角形面積×三棱柱長(zhǎng)度×橫筋數(shù)……（4.11）橫筋體積=EQ\F(1,2)×(EQ\F(1,2)×b×a′)×(B－2×A－n×a)×n′………（4.12）式中，b為板柵厚度，a′為橫筋截面三角形底邊長(zhǎng)度，B為板柵寬度，A為板柵縱向邊框?qū)挾?，n為縱筋條數(shù)，a為縱筋截面棱形段對(duì)角線長(zhǎng)度，n′為橫筋條數(shù)。由式（4.12）得：正極橫筋體積=EQ\F(1,2)×(EQ\F(1,2)×0.18×0.12)×(14.5－2×0.28－4×0.12)×5=0.36342（立方厘米/片）負(fù)極橫筋體積=EQ\F(1,2)×(EQ\F(1,2)×0.13×0.10)×(14.5－2×0.28－4×0.10)×5=0.22（立方厘米/片）③板柵邊框體積計(jì)算：本設(shè)計(jì)板柵邊框面積形狀為六邊形，為了方便計(jì)算，可簡(jiǎn)化為矩形，板柵邊框可分為4個(gè)矩形棱柱體，即兩個(gè)縱向邊框和兩個(gè)橫向邊框每一橫向邊框體積=(B－2A)×A′×b…（4.13）每一條縱向邊框體積=H×A×b……………（4.14）板柵邊框總體積=2[H×A×b﹢(B－2A)×A′×b]……（4.15）式中符號(hào)意義與前面的相同。根據(jù)本設(shè)計(jì)板柵參數(shù)由式（4.15）計(jì)算邊框體積為：正極邊框體積=2×[16.8×0.28×0.18＋(14.5－2×0.28)×0.23×0.18]=2.8477（立方厘米/片）負(fù)極邊框體積=2×[16.8×0.28×0.13＋(14.5－2×0.28)×0.23×0.13]=2.0567（立方厘米/片）④極耳體積計(jì)算：極耳體積=極耳高度×極耳寬度×厚度………（4.16）由式（4.16）得：正極板極耳體積=0.6×1.0×0.18=0.108（cm3）負(fù)極板極耳體積=0.6×1.0×0.13=0.078（cm3）⑤每片板柵體積的計(jì)算：每片板柵的體積=縱筋體積+橫筋體積+邊框體積…….………（4.17）由式（4.17）得：每片正極板柵體積=0.6994+0.36342+2.8477=3.91052（cm3）每片負(fù)極板柵體積=0.4209+0.22+2.0567=2.6976（cm3）4.3.6隔板的選擇與尺寸的確定隔板用于防止電池內(nèi)部短路，同時(shí)不能使電池內(nèi)阻過大。隔板的材料不能阻擋電荷的正常遷移。在強(qiáng)酸性介質(zhì)中，隔板需要有足夠的耐酸能力，同時(shí)長(zhǎng)期處于酸液中時(shí)，不會(huì)有其他物質(zhì)從隔板中滲出來(lái)，要求隔板有穩(wěn)定的理化性質(zhì)。本設(shè)計(jì)采用閥控式結(jié)構(gòu)，選擇孔隙率95%、厚度1.7mm的超細(xì)玻璃纖維氈。隔板實(shí)體積=隔板幾何體積×（1－孔隙率）×片數(shù)……………（4.18）由式（4.18）得：隔板實(shí)體積=16.8×14.5×0.18×0.05×13=26.31（cm3）4.3.7驗(yàn)證鉛膏是否能夠全部填涂于板柵上驗(yàn)證鉛膏的填涂牢固度需要計(jì)算板柵涂板之前的體積與涂板完成的體積：正極板柵空體積=16.8×14.5×0.18－3.91052=39.9375（立方厘米/片）＞正極板鉛膏用量=26.11（立方厘米/片）負(fù)極板柵空體積=16.8×14.5×0.13－2.6976=28.9704（立方厘米/片）＞負(fù)極板鉛膏用量=23.22（立方厘米/片）由此知，符合工藝要求。所以，正負(fù)極鉛膏可以全部填涂于板柵上。4.3.8電解液濃度的選擇及其用量的估計(jì)硫酸作為電解質(zhì)，起電離度受到溫度的影響，同時(shí)也受到濃度的影響。鉛酸蓄電池電解質(zhì)的濃度一般以硫酸的密度來(lái)表示，硫酸的密度多控制在1.100~1.300kg/L之間，在這一范圍內(nèi)電解質(zhì)本身所產(chǎn)生的電阻最小，所以在制造鉛酸蓄電池的過程中多采用此密度的硫酸。綜上所述，故本設(shè)計(jì)采用密度為1.260～1.30kg/L的較高密度的硫酸。由鉛酸蓄電池的反應(yīng)方程式可知放電量與所需電解質(zhì)的關(guān)系：每2F電量需2mol硫酸；即每1Ah電量需3.66g硫酸，同時(shí)放出1Ah電量將生成0.67g水，因此對(duì)每1A