电动助力车电池电解液的配制与加注生产工艺

电动助力车电池电解液的配制与加注生产工艺1．真空加酸机介绍功能：用于各类铅酸蓄电池的精密定量灌酸，将配制好的酸液放入酸液箱中，设定好抽真空次数，按下启动键，即可进行自动定量灌酸。特点：该机采用微电脑控制，手动调节酸量，机身耐酸耐磨，具有结构紧凑、定量精确、速度快、操作方便等优点。主要技术参数抽真空次数：l—9灌酸精度：≤±0．5％F．S．单孔灌酸量：小密40一200ml中密200～2000ml气源：0．4-0．6MPa(0．1m3／min)电源功率：AC380V50Hzl000Ⅵ／图44．加酸机外形尺寸：870x700×2000mm(长x宽×高)2．电解液的基本成份电解液的基本成份有：水、硫酸、添加剂。3．纯水的制取、水质要求、制水器的处理蒸馏法蒸馏法制水的原理是，加热使普通水升温至100。C产生蒸汽，水蒸气通过冷却水冷却变成蒸馏水，而水中的杂质则留在加热锅内。为达到更纯净的水，可采用二次蒸馏或三次蒸馏的方法。特点：水质适中，产量较低，成本较高。电池厂如果在生产极板中采用锅炉进行固化烘干的方法，利用加热管道冷却的蒸馏水可大大降低制水成本，但采用蒸馏法生产的水水质很难达到要求，需要再经过离子交换处理。离子交换法通过阴阳离子交换树脂将水中的阴阳离子吸附在树脂上的一种制水方法，它制取的水水质较好，制水成本低，但阴阳树脂需定期进行酸碱处理。离子交换器的处理离子交换器经过一段时间的使用后，水质会逐渐的下降，待水质达不到要求时就要进行酸碱处理。配制4—7％质量浓度的盐酸溶液处理阳离子交换树脂，用清水漂洗至PH值3-4；配制5—8％质量浓度的氢氧化钠溶液处理阴离子交换树脂，用清水漂洗至PH值5-6。具体处理方法可参考说明书。电渗析法电渗析制水是在外加直流电场的推动下，水中电解质离子做定向移动，带正电的阳离子向阴极方向迁移，带负电的阴离子向阳极方向迁移，并利用阴离子交换膜只允许阴离子通过而阻挡阳离子，阳离子交换膜只允许阳离子通过而阻止阴离子的这种选择透过性，使一部分水中的离子迁移到另一部分水中去，再用耐腐材质做成的浓、纯水隔板与离子交换膜交叉排列，使其各行其道，从而达到淡化(除盐)的目的。电渗析器能有效的去除水中的Na“、Ca“、M9”、K+、S0。、一C0。一、HC0：，一、Cl一、F一等电解质离子；具有技术先进、性能稳定、操作方便、投资少、能耗低、成本少等优点。但水质较差(电阻2MQ左右)，不能直接用于蓄电池，需要和离子交换器配合进行，制出的水经过离子交换器进一步净化才能达到蓄电池用水的标准(标准l0M，通常控制在35M以上)。使用步骤：检查管路、线路一调节浓淡水流量一接通电源一调节直流电压(180～230V)---N水质一合格后放入储水槽一每隔2～3小时转换电源极性和水路阀门转换浓淡水流向(观察水质合格后放入储水槽)。停止时：关水泵一关进出水阀一关电源停用时间长时，要经常检查设备内是否缺水，缺水时向内注水，以免交换膜干燥损坏，使用2～3个月需用2％左右的稀盐酸清洗设备一次。附表27：铅酸蓄电池用蒸馏水的标准杂质名称最大允许量％有机物0.005

残渣0.0065氯(e1)0.0005硝酸及亚硝酸盐(以N计)0.0003铁(Fe)0.0004氨(NH。)0.0008氧化物0.005锰(Mn)0.00001氧(0)0.01电阻率>100000Q·cm(25℃)4．电解液的配制电解液的主要成份为硫酸和纯水，配制时应按以下规则进行：配制电解液的容器一定是耐酸、耐高温的干净容器。工作人员必须有高度的安全意识，并经专门培训。工作时，必须戴耐酸手套、衣帽、眼镜等防护工具。操作中，一旦发生酸液溅到皮肤上时应立即用清水反复清洗。配制时，先将蓄电池用纯水倒入合适的干净容器内，然后慢慢倒入浓硫酸，并不断用耐酸棒搅拌，温升过高时停止加酸，以防因温度过高而发生酸液飞溅现象，等温度下降后再继续加酸。配制时严禁将水倒入酸中。配制后的电解液温度较高，此时所测的密度并非使用时的密度，应换算到使用时的密度(一般为25℃)。电解液的温度换算参见附表28。通常规定电解液密度是在25。C时的数值，电液温度不对时，按表28修正(近似值)：附表28：电解液密度随温度变化的修正值温度0℃10℃25℃40℃55℃70℃密度修正+0.007+0.0l0—0.01—0.02—0.03附表29：硫酸中各种杂质参考表稀硫酸浓硫酸指标名称一级二级一级二级硫酸含量(H：S0。)，％≥60609292灼烧残渣含量，％≤0.020.0350.030.03

锰(Mn)含量，％≤0.0000350.0000650.000050.0001铁(Fe)含量，％≤0.00350.0080.0050.010砷(As)含量，％≤0.0000350.0000650.000050.0001氯(C1)含量，％≤0.000350.000650.00030.002氨(NH。)含量，％≤0.000650.001二氧化硫(S0。)含量，％≤0.00250.00450.0040.007铜(Cu)含量，％≤0.000350.00350.00050.005还原高锰酸钾物质(以氧计)含量，％≤0.000650．O0120．O010.002色度，ML≤0.650.651.02.0透明度，mm≥35035016050氮氧化物(以氮计)含量，％≤0.0000650.000650.00010.00l5．电解液添加剂电解液添／JHiOJ可分为防止硫化、提高容量两种。电解液中加入1．5～2％的无水硫酸钠以防止电池因放电后未及时充电所造成的硫酸盐化。电池中加入幽左右磷酸以增加容量、减缓因深充放电而引起的容量早期衰减，加入磷酸后还可以：减缓正极板的软化速度，增加充放电的循坏次数；改善板栅与腐蚀物的结合力，阻止硫酸铅阻挡层不良影响；减轻白放电；在胶体电池中，稳定胶体。缺点：初期容量低，低温性能稍筹。另外，还有／j[j．,k0．01～0．05％硫酸铝、O．Ol～0．1％硫酸亚锡等硫酸盐的。本单位研制的电动助力车电池复合添加剂采用了多种有益的物质，添加到电解液中，具有增加容量、增加低温性能、增加电池寿命、防止极板硫化的功能。采用复合添／Jn齐JJ，添加量为电解液质量的1．5％。6．电解液的加注方法电解液的加注方法有定量法和过量法两种方法，现在蓄电池厂所采取的方法虽然也不外乎这两种方法，但是，很多厂特别是一些小厂并没认识到每种加酸方法都有它的优缺点。有的盲目跟从大厂的工艺，造成产品质量很不稳定。下面分别结合生产中的实际问题给以论述两种加酸方法的各自的特点。定量法按照所加酸的电池的容量、电池壳容量、加酸密度、初期充放电配组中的损耗等因素计算出的应加酸量，按照这个量进行定量加酸的方法。按照这个量进行

加酸，要求加酸量一定要准确。因为，加酸后经充放电、配组后不再向外抽酸。它有以下优点：·保证了每只电池的每组酸量的均匀性，从而可以利用酸量去控制每组的容量，保证每组的均匀性；·节省了封盖前的抽酸工序；·节省了酸用量；·电解液的密度容易控制，并且每组电解液的密度和数量较均匀；注：本单位对外技术服务一律采用定量加酸的方法。缺点是：需严格控制充放电工艺，要根据具体情况制定出不同阶段充电电流密度、充电时间、放电电流密度、放电时间(或放电终止电压)、充放电循环次数等。并要严格控制。否则，过充电时造成严重缺水，欠充时造成电池富水。除了要严格控制充放电工艺外，还要对充放电期间电池的环境温度进行控制，电池的降温一般有三种：一，风机吹风降温；二，循环水降温；三，空调调节温度。过量加酸法将电解液加入电池时，以电池壳的容量为准，加满为止，中间酸液减少后还可以补加。采用此种方法时，首先由灌酸机加入一定量的电解液，充放电中间一般要经过两到三次手工加注。容量配组、充电后期(在结束充电前l小时小电流充电的情况下)，将多余的电解液抽出。优点：易操作；对充电电流、耗水量等控制相对要求不严(但绝对不是不控制)。缺点：电解液的最后密度的高低受充电工艺影响较大，因为是过量加酸，随着充电电流密度增大、充电U,IfM)JH长，电解液中的水耗增加，电解液密度增加。因此，过量加酸也要控制充放电工艺，并适当考虑所加电解液的密度变化。采用此法，每单格电解液的密度和数量往往不一致。1．电解液用量的计算电解液是保证电池正常充放电的重要因素，电解液的密度和数量的多少都是有严格规定的。电解液的密度随温度的变化而变化，温度升高，密度降低；温度降低，密度升高。同时，电解液的密度还随充放电而发生变化，当充电时消耗水生成硫酸，密度升高；放电时，消耗硫酸而生成水，密度下降。电解液密度的选择不同的电池、不同的放电特性、不同的工作环境及不同的蓄电池结构有不同的电解液密度选择。具体应考虑以下因素：电池壳容积的限制电动助力车电池不同与其它大型电池，它的体积较小，加之装配属紧装配工艺，因此所加的电解液密度就要高些，以保证反应所需硫酸量。电池的最大加酸量24

在电池壳体和隔板压缩比一定的情况下，电池的最大加酸量与隔板的饱和度有关，一般新出厂的电池的饱和度控制在96％～98％。在设计隔板尺寸时尽量使隔板的宽度和高度达到最大值，这样就会使隔板的吸酸量加大，延缓因电池缺水造成的损坏。活物质与硫酸反应的需要电解液过浓，一方面粘度大影响反应中电解液的扩散速度；另一方面，电解液过浓时容易在负极板内层深处生成结晶硫酸铅，充电时不易恢复成海绵状的铅。造成负极板的钝化。因此，在保证电池容量的前提下，电解液的密度不宜过高。这样也可减轻对极板的腐蚀速度。但是也不能密度过低，密度过低时，电解液的电阻系数较大，特别是电池在放电后期，随着放电的进行，电液密度逐渐下降，电池内阻很大，电压下降很快使电池容量不能充分发挥。通常，根据不同的放电电流密度取值，使电池在放电终止时密度在1．15—1．2(25℃)之间。温度的影响在低温时电解液取值较高，温度较高时取值较低。一般电动助力车电池密度取值在1．32—1．35(25℃)之间。根据硫酸和水的电化当量知道，蓄电池每放出l安时的电量需要硫酸3．66克，水0．672克。但我们在加酸时都是按照体积进行的，因此要换算成体积。例如：电动助力车电池规定加入的硫酸的密度为l．335(25℃)，计算每放出l安时的电量需加注多少毫升的电解液。查表知道，l．335(25℃)密度的硫酸溶液的硫酸质量百分比是43．6％，这种溶液每毫升的硫酸重量为：1×1．335×43．6％≈0．58克放出i安时需3．66克硫酸，所需要毫升数为：3．66÷0．58=6．3毫升附表30：放l安时电量所需的不同密度的硫酸溶液的毫升数硫酸溶液的密度(25。C)1.2951.3051.3151.3251.3351.3451.355硫酸质量含量％39.140.341.442.543.644.745.8毫升／安时7.2286.9596.7236.4996.2886.0885.986上表中所列出的数值和上面的计算数值是理论上硫酸全部反应的数值。实际上，要保持电池有一个较高的放电终止电压，电池内的硫酸不可能完全参与反应。另为，我们在设计电池时，使实际容量往往高于额定容量i0—30％。因此，要保证电池容量的输出就要适当增加电解液的数量。另外，电动助力车电池的加酸都是贫电液设计，它的加酸量不象启动蓄电池那样考虑余量。例如：l2V12Ah的电池按设计容量为额定容量的l．3倍时，加注密度为l．335的电解液计算应加注量为：6．3×12×1．3=98．28毫升

这一数据只是考虑了容量设计时的余量，并未考虑电池在容量放完时电解液不能完全参与反应这一因素。实际生产中，这种型号的电池加酸量为：102—105毫升，很显然，电池属贫电液设计方案。这也是这类电池容量受加酸密度影响较大的原因。附表31：常用电池参考单格加酸量(单位：ml)12V1012V1412V1712V20普通电解液103110175185胶体电解液102108175185说明：电池的加酸量简单的按照一个数值去操作，要通过实际验证后确定，这个数值与隔板尺寸、极板尺寸、组装形式、充放电工艺、环境温度等因素有关，工厂在实际生产中要通过试验确定一个准确的数值。8．隔板的吸酸饱和度与电解液数量验证隔板的吸酸饱和度反映了隔板吸酸的饱和程度，在免维护电池中，一般要求隔板在出厂时的饱和度为96％'---'98％。出厂的电池如果隔板的吸酸饱和度偏低，会造成电池因过早失水而报废，如果饱和度偏高(100％及以上)，电池的密封反应效率很低，充电时电池的端电压偏高，造成电池充不足电，使用时会发现电池前期容量一次比一次小。因此电池出厂饱和度的验证非常重要。隔板吸酸饱和度验证可用如下公式计算：x：——二量—一×l00％一一一一一一一一一一(1)Vl+V2上式中：X…一隔板吸酸饱和度；v。一一充放电后电解液的体积；v：…一充放电后补加电解液至刚好饱和时，补加的体积。这里v：可以通过实际补加水而取得，关键是要求出V。，V。的计算过程比较麻烦，下面逐步给予说明，计算如下：1)对电池充电前后重量进行称量，电池充电后重量减少量就是耗水量，由此得出电池耗水重量(设为m。)：2)求得电池每格加入电解液重量，根据加入电解液体积(V)和密度(d)求出电解液重量(m)：m：V．d3)求出充电后电解液的重量(m。)：m22m一聊l

4)求出电解液中硫酸的含量，根据d值查表得出电解液中硫酸的百分含量(a％)，则硫酸的含量(rn3)为：m，=m·口％5)求出充电后电解液中硫酸的百分比含量(b％)，根据含量查表得出充电后电解液密度(d。)，充电后电解液重量百分比含量为：6％：堕×l00％聊26)求出充放电后电解液的体积：V．：竺一一一一一一一一一一一(2)1d1把公式(2)代入公式(1)求出吸酸饱和度后，就可以根据隔板吸酸饱和度情况对电池的加酸量进行准确的调整。以上介绍的是比较准确的计算方法，实践中也可以采取实验的方法。9．胶体电解液1)胶体综述胶体电解液的研究发展历史较早，五、六十年代已经开始研究，当时主要采用的凝胶剂是硅酸钠，没有其它的添加剂。因为当时受技术条件的限制，硅酸钠产品中Si0：颗粒粒径不合乎要求(凝胶性能差，胶体触变性差、后期龟裂严重、失水等现象)，而且其中的杂质较多(引起自放电)，还有就是硅酸钠中因为存在钠离子引起自放电。反映在电池电性能方面是，电池初容量小、放电性能差、白放电严重、寿命短。这是胶体电解液一直没有真正应用到生产中去的原因。随着科学技术的飞速发展，作为胶体电解液材料的品种不断增加，品质逐渐提高，加之，行业的科学工作者们不断努力，新的配方、新的工艺不断涌现出来。特别是2000年后，胶体电解液的质量有了很大提高，技术逐渐走向成熟，可以说，现在已经完全可以和普通电解液相媲美。最近几年解决的几个主要问题是：·解决了胶体电解液的罐装问题，过去的胶体电解液凝胶速度快，往往配制好胶体后还没有来得及关注，胶体就已经凝固。现在通过优选凝胶剂、加入缓凝剂、改变生产工艺等方法，生产出来的胶体凝固时间可以延缓到1～2个小时甚至更长，并且胶体具有触变性，即便胶体凝固，可以通过搅拌的方法使胶体变稀。因此罐装非常容易，和普通电解液没有什么区别。

·解决了胶体的龟裂问题，通过选择二氧化硅颗粒的粒径、比表面积、添加某些添加剂等方法使胶体类似于膏状，使用过程中，不裂纹、不失水、不分层。·解决了自放电问题，通过优选所用材料，使各种材料中所含杂质的量最低，所生产出的电池自放电很低。·通过改变胶体中Si0：含量及加入添加剂，解决了首次放电容量低的问题。·提高了大电流放电能力。·提高了低温放电能力。·增加了电池的储存时间，由于电池的自放电低，可以使电池的存放时间大大延长至一年以上。·电池的过放电后的恢复能力(性能)很好。和普通电解液电池相比，这一个特点非常明显。现在普遍采用的配方从凝胶剂上主要有两种，一．采用硅溶胶做凝固剂。二．采用纳米二氧化硅作为凝固剂。2)胶体材料硅溶胶硅溶胶是胶体电解液的凝固剂，硅溶胶在化工中亦称硅酸溶胶。它的基本成份是无定型的二氧化硅，其分子式为mSi02·nH20，Si02多以胶团体形态均匀分散在水中，所以硅溶胶是硅酸的多分子聚合物的胶体溶液。外观多呈乳白色或淡青透明的溶液状。硅溶胶性能·硅溶胶具有较大的吸附性：硅溶胶中无数胶团聚产生的无数网络结构孔隙；·在一定的条件下能对无机物及有机物具有一定的吸附作用；·硅溶胶具有较大的比表面积：比表面积一般为250～300／g；·硅溶胶具有较好的粘结性：因其胶团尺寸既均匀又具有l0～20m／u左右；·自身风干即产生一定的粘接强度，但强度较小。·硅溶胶具有良好的耐温性：一般可耐1600℃左右；·硅溶胶具有较好的亲水性和憎油性：可以用蒸馏水稀释至任意浓度，而且随稀释度的增加而稳定性增强。硅溶胶在很大的pH值范围内是稳定的，在使用中受pH值的影响较少。所以应从实际出发，对于给定的硅溶胶在实际使用条件下，经验的确定使用时的pH值。小颗粒的硅溶胶对酸、碱、盐(强电解质)反应比较敏感。某厂用于蓄电池胶体的硅溶胶参数标准指标名称NS一10NS-15NS-20NS-25NS-30外观微乳白透明半透明液体

Si0：含量10±1％15±1％20±1％25±1％30±1％Na：0含量(重量)≤0.1％密度(25。C，g／cm3)1.06—1.081.08-1.101.12—1.141.15—1.171.19—1.21粘度(20℃，mPas)<10粒径(nm)8-20注：蓄电池胶体选用硅溶胶主要考虑Si0：粒径和