阀控蓄电池AGM隔板的研究

高根芳，李鹏，李进兴，侯国友，姚秋实

（天能电池集团有限公司技术中心，浙江 长兴 313100）

0 引言

电动车电池需要多只串联使用。由于单只落后，整组电池的寿命比单只电池的循环寿命短很多，而且串联的电池数量越多，单只落后的几率越大，整组电池的容量衰减越明显。影响电池均衡性的因素有很多[1]，如被称为电池“第三极”的隔板，对电池性能就具有很重要的影响。

1 失效电池分析

在解剖退回电池时常常会发现，有些电池的极群难以从电池槽中拔出，而有些却易于拔出。极群难以拔出主要是由多次循环后活性物质膨胀引起的。极群易于拔出的这类情况主要是由于极群压力过小。将失效电池组中落后单只电池进行解剖，并测试其极群压力。从表 1 中可以看出，失效电池具有相同现象—极群压力较低。这表明隔板在电池多次充放电循环中已经疲劳，无法保持良好的弹性。本文中，笔者主要研究 AGM 隔板抗疲劳性（耐久性）对电池寿命的影响。

2 实验 AGM 隔板与普通 AGM 隔板比较

根据以上情况分析，具有良好抗疲劳特性的隔板应该有利于电池性能的改善。为了获得具有良好抗疲劳特性的隔板，将 34˚SR 火焰棉和 24˚SR 离心棉按照一定质量比混合制得试验 AGM 隔板，因为火焰法的优点是直径较细，但直径离散程度较大，而离心棉的直径分布范围窄，但直径较粗。普通AGM 隔板为 29˚SR 火焰棉隔板。试验 AGM 隔板和普通 AGM 隔板耐久性测试如图 1。在干态下 200次压缩后，实验隔板保留率为 61.6 %，普通隔板为 52.8 %；在湿态下 200 次压缩后，实验隔板为38.4 %，普通隔板保留率为 34.8 %。实验隔板的干、湿态抗疲劳性都比普通隔板的好。可以预见，抗疲劳性越好，在循环过程中电池的极群压力保持性越好，更有利于减缓电池容量衰减，延长电池寿命[2]。

表1 失效电池的极群压力

图1 实验 AGM 隔板与普通 AGM 隔板干态（左）和湿态（右）抗疲劳性能

两种隔板的其它常规性能见表 2。实验 AGM隔板的定量、回弹和叩解度均比普通隔板的高，但是最大孔径与普通隔板的相比减小了。有文献报道，隔板中细纤维的质量分数越大，最大孔径越小，孔隙率越低[5]。叩解度越高表示隔板中细纤维的质量分数越大，填充在粗纤维空隙中的细纤维越多[3]。试验中，34˚SR 玻璃棉与 24˚SR 离心棉混合后叩解度为 34.1˚SR。叩解度变化不大，一方面是受到玻璃棉和离心棉混合时质量比的影响，另一方面是受到水温、浆料浓度、操作规程、仪器状况等因素的影响[3]。另外，叩解度是指平均直径的情况，但不能描述直径分布的情况[4]。离心棉与较细的玻璃棉混合，细玻璃棉填充在较粗的玻璃棉中，虽然单位体积内填充纤维较多，定量较大，加压吸酸值也相应减小，但是有一定质量的粗纤维可以保持纤维结构的稳定性，隔板较难压缩，回弹性好。

表2 不同隔板常规性能

3 AGM 隔板对电池性能影响

控制极板质量公差为 ±1g，采用两种隔板分别组装成 12V/20 Ah 电池，分别测试极群装配压力和化成后极群装配压力（见图 2）。实验隔板极群平均装配压力 68.3 kPa，普通隔板极群装配压力63.2 kPa。在干态下，实验隔板极群平均装配压力比普通隔板极群高 5 kPa 左右。化成后实验 AGM隔板的平均装配压力在 37.6 kPa 左右，普通隔板装配压力 30.7 kPa，实验隔板极群湿态平均压力比普通隔板高 7 kPa。实验 AGM 隔板的干态装配压力和湿态装配压力都比普通隔板高。由图 3 可见，实验隔板的湿态压力/干态压力值约为 55 %，而普通隔板的在 48 % 左右，且波动性比实验隔板的大。这说明，实验隔板具有更好的湿态保压性能和稳定性。

对两种隔板组装的电池，4 只成组进行循环实验（见图 4）。对于采用普通 AGM 隔板的电池，约在第 100 次 循环时容量迅速下降，压差逐渐增加，因单只落后，在第 220 次循环后寿命终止；而采用实验 AGM 隔板的电池在 220 次循环后还有21.2 Ah 的容量，压差始终保持在 1.0 V 以内。结合隔板物理性能分析，在加压吸酸量、定量和最大孔径差异不大的情况下，回弹性、隔板的抗疲劳性对电池循环寿命影响更大。实验隔板在循环中保持着良好的极群压力，隔板与极板紧紧贴合，有利于酸扩散，减少了电池内阻，更有利电池容量的保持。在较低的极群压力下，活性物质多次膨胀后变得疏松，容易导致极板软化，另外极群压力小，氧复合效率低，充电接受受阻，导致电池寿命衰减较快[6]。

图2 普通隔板极群（左）和实验隔板极群（右）的化成前干态和化成后湿态装配压力

图3 极群湿态压力/干态压力值

图4 实验隔板和普通隔板循环寿命测试

4 结论

对失效电池极群压力进行分析，电池湿态压力不均衡是导致电池失效的主要原因之一。具有良好湿态保压性能和抗疲劳性能的 AGM 隔板可以延缓电池容量衰减，提高电池全生命周期容量，延长电池使用寿命。在其它 AGM 隔板指标差异不大的情况下，AGM 隔板的湿态保压性能和耐久性能更值得关注。

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