阀控铅酸蓄电池漏液现象概述.docx

1、 引言

      阀控铅酸蓄电池是上世纪70年代末开发的一种新型蓄电池，是在原来的开口式铅酸蓄电池的基础上借鉴镉镍电池密封的阴极吸收原理思想设计成功并逐步开发成功的，目前最通俗的称呼是阀控式铅酸蓄电池或者阀控密封铅酸蓄电池。每一个此类电池或其单体上都有一个安全阀，或者叫排气阀，其作用就是当电池内部压力过大时开启排除多余的气体，而避免电解液的大量损失，造成电池提前失效。VRLA电池正常运行时没有酸雾和酸气排除，电池内也没有游离态的电解液存在，具有少维护，少腐蚀、无污染等优点，在通信和电力等行业被广泛用作备用电源，并逐步受到越来越多客户的青睐，现已基本取代了防酸隔爆和镍镉固定型电池。但VRLA电池在10多年的使用过程中，也暴露出一些问题，如容量早期损失，负极硫酸盐化和漏液等，本文拟结合阀控铅酸蓄电池的工作原理并对电池漏液的各种形式分类叙述。

2、阀控电池工作原理

蓄电池在开路状态下，正负极活性物质 和海绵状金属铅与电解液稀硫酸的反应都趋于稳定，即电极的氧化速率和还原速率相等，此时的电极电势为平衡电极电势。当有充放电反应进行时，正负极活性物质 和海绵状金属铅分别通过电解液与其放电态物质硫酸铅来回转化。最基本的电极反应式为

Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H20

放电过程：蓄电池将化学能转变为电能输出。对负极而言是失去电子被氧化，形成硫酸铅；对正极而言，则是得到电子被还原，同样是形成硫酸铅。反应的净结果是外电路中出现了定向移动的负电荷。由于放电后两极活性物质均转化为硫酸铅，所以叫“双极硫酸盐化”理论。

充电过程：蓄电池将外电路过来的电能转化为化学能储存起来。此时，负极上，硫酸铅被还原为金属铅的速度大于硫酸铅的形成速度，导致硫酸铅转变为金属铅；同样，正极上，硫酸铅被氧化为PbO2的速度也增大，正极转变为PbO2。

在蓄电池充电的后期，正负极都分别有气体析出，通常认为，正极充电至其满荷电量的70％时有氧气析出，而负极充电至90％时有氢气析出，VRLA电池在设计上就是要让氢气尽可能不析出，充电后期析出的氧气也尽可能使其内部复合，避免氧气损失，并且即使氧气排除，也通过安全阀中的滤酸片减少酸雾等的析出，避免电解液损失。因此阀控式电池的设计、制造和使用就要保证电池除了安全阀以外，其他部位实现密封，尤其在运行过程中尽可能少的气体和酸雾析出，且酸雾和酸液不能在安全阀开启之前在电池上任何部位出现。

3、阀控电池实现密封的原理

前面所述，铅酸电池充电末期产生气体是不可避免得，因此阀控式电池自所以能够实现密封，就需要在设计、生产和使用过程中采取诸多措施来保证，比如设计上采用贫液式、负极活性物质过量，生产过程原副材料精纯，电池使用过程限流恒压充电等等。以上措施的采取，使正极产生的O2尽可能的少，并且使少量产生的氧气通过电池内循环在负极上得到最大程度的复合吸收，以此完成电池内部气体的再化合，维护电解液中水的平衡，从而使得电池得以密封。如果电解液量过多以致淹没了隔板中所有的孔体积，会使内部气体再化合通道受阻，电池内部气体增多，压力增加，容易在电池密封处的缺陷部位产生漏液。因此电池的加酸量在满足电池设计容量的前提下一定要适量。
2、 4、电池漏液现象分析

      通过长期使用观察，发现电池漏酸时多为以下现象：a、极柱四周有白色晶体,明显发黑腐蚀,有硫酸液滴；b、如电池卧放，地面有酸液腐蚀的白色粉末；c、极柱铜芯发绿，螺旋套内液滴明显；d、槽盖间有液滴明显。通过对漏酸现象和漏酸电池的分析初步判定电池易漏部位主要集中在电池槽盖之间密封处、极柱端子密封处、和安全阀处。各部位产生漏液原因各不相同，下面对各类现象分别叙述并提出可采取的措施。

4.1电池槽盖密封处漏液

电池槽盖密封一般采用胶粘密封和热封两种方法。以前普遍的观点是热封方式稍好一些，但是近几年随着电池胶粘剂研究的快速进步，还看不出那一种密封方式更优越。尤其是ABS电池壳体采用胶粘密封的质量也大幅度提高，尤其是很多厂家都使用了对ABS材料具有轻微腐蚀能力的胶粘剂，更使的槽盖密封方式似乎在ABS壳体上的应用更广了一些。但是对于胶粘密封方式，除了电池槽盖设计上的溢胶槽等确保密封胶够用以外，密封胶配方和固化条件的控制似乎是电池实现密封的重中之重。如果这些方面控制的好，电池在寿命期内做到密封是完全可以实现的。经过对漏液电池解剖发现，密封胶与壳体粘接是界面粘接，结合力相对于热封法较小，发生漏液部位多是有缺胶孔或胶裂纹。由于环氧胶流动性较差（特别是低温固化）易造成密封槽某些局部没有填满胶，产生漏液通道，胶裂纹的出现第一种可能是电池碰撞等机械外力造成，另外一种可能是发生在柜架卧放电池中，由于重力作用，柜架变形使电池密封胶层受力，某些密封胶固化后又很脆，在外力作用下，容易产生细小裂纹造成漏液。不过对于目前新型的密封胶来说，出现密封胶裂纹的可能性已非常小。

热封法是通过加热使电池槽盖塑料（ABS或PP）热熔后加压熔合在一起。如果热熔温度和时间控制好，并且密封处干净无污物，密封也是可靠的。对于PP壳体材料，似乎热封法是大多数厂家共同的选择。对热熔密封漏液电池解剖观察，密封处存在热熔层，有蜂窝状沙眼，不是很致密，由于电池内部存在O2，在一定气压下，O2带着酸雾沿沙眼通道产生漏液。因此对于热封电池工艺，一定要控制好热熔的温度和时间，另外材料的性能和干净程度也必须严格控制。

4.2端极柱漏液原因分析

       极柱端子密封的普遍方法是：先将极柱同电池盖上的铅套管焊接在一起，再灌上一层密封胶密封。对于这种端极柱密封方式，如果电池端柱处没有气孔或者杂质等缺陷，焊接后所加的密封胶又没有出现配比不好、搅拌不匀和固化不好等问题，就不会在这些地方出现漏液。而在极柱端子处漏液的关键就是铅套和电池盖之间配合问题，此处的设计如果使得电解液的爬液路径比较短，再加上电池设计上没有在电池内部给正极板的生长预留空间，那么在端柱爬酸腐蚀和正极板生长的双重因素下，电池在安装使用1年以上就可能会有个别电池极柱端子产生漏液，使用3～5 年端子漏液就较多了，并且正极比负极严重，这是目前国内密封电池普遍存在的问题。通过解剖国内同行的极柱漏液电池发现，极柱端子已被腐蚀，H2SO4沿着腐蚀通道在内部气压作用下，流到端子表面产生漏液，也叫爬酸或渗漏，端子腐蚀原因是在酸性条件下O2腐蚀所致。

4．3 安全阀漏液原因分析

      安全阀在一定压力（开阀压力）以内起密封作用，超过开阀压力时安全阀自动打开放气，放气之后当压力达到闭阀值时迅速关闭，即保证电池安全运行，又不引入电池内部多余的杂质气体。此处所讲的安全阀处漏液指的是安全阀不能正常开闭阀造成的漏酸或者安全阀能够正常开闭阀，但是还没有开阀时就出现的漏液。其主要原因如下：

        a. 加酸量过多，电池处于富液状态，致使O2再化合的气体通道受阻，O2增多，内部压力增大，超过安全阀频繁开启，O2带着酸雾放出，多次开启，酸雾在安全阀周围结成酸液。

        b. 安全阀耐老化性差，使用一段时间后，安全阀的橡胶受O2和H2SO4腐蚀而老化，安全阀弹性下降，开启压力下降，甚至长期处于开启状态，造成酸雾，产生漏液。

     c.安全阀螺纹与电池盖上的螺纹配合不好，有间隙，在安全阀没有达到开阀压力之前，出现漏酸。不过这种现象除了个别电池盖或者安全阀挤压碰撞损坏以外，一般很少出现。

5、电池漏液解决措施

    上面在分类叙述各漏液类型时已经交代了各自减少漏液机会的控制重点，但是为了进一步明确减少电池使用过程中漏液的可能性，下面再分类叙述相关措施。

5.1电池槽盖漏液解决措施

a.       对于胶封电池，在保证密封胶质量和配比均匀的前提下，应建立高温固化室，使密封胶更好地固化。

b.       尽可能选用溶解类的密封胶进行密封，使电池槽盖溶为一体，密封更加可靠。

c.       对于热封电池要根据电池槽盖材料严格控制热熔温度和时间，并保持热熔表面干净整洁。

5.2端极柱端子漏液解决措施

        a. 改变电池盖上焊接铅套和电池盖直接的结合方式和接触面积，使爬酸的通道尽可能延长。

        b. 加高极柱端子，延长密封胶层高度，延长腐蚀漏液时间。

        c. 使用压铸式端柱，避免端柱气孔作为爬酸腐蚀途径的可能性。

5．3安全阀漏液解决措施

        a. 采用耐老化的橡胶（如氟橡胶）制作安全阀，延长耐老化时间。

        b. 定期更换安全阀，保证安全阀的可靠性，一般5 a左右更换一次较为适宜。

c. 改变安全阀结构，使其开启压力灵敏可调。