动力铅酸蓄电池的制造工艺

2.13.1 工艺流程

动力铅酸蓄电池的制造工艺流程大致可分为板极制造、电池组装、电池化成(或活化)与性能检测三部分。图2-10所示为动力铅酸蓄电池的制造工艺流程，图2-11所示为动力VRLA电池极板制造工艺流程。

图2-10 动力铅酸蓄电池的制造工艺流程

2.13.2 板栅制造

板栅是铅酸蓄电池的重要部件，既是集流体，起传导和汇集电流并使电流分布均匀的作用，又是活性物质的骨架，起支撑作用。虽然各个厂家使用的板栅合金不同，但是正、负极板栅的制造都以重力浇铸为主，还有连续冲扩拉网法、连续铸造滚压法、压延冲孔法、织铅布法等。

板栅浇铸的工艺流程如下:铅合金锭浇铸→熔铅锅熔化→铅液注入板栅模具→打开模具→成形板栅脱模→切边→检验→时效硬化→待涂膏。

浇铸板栅应注意如下质量控制步骤:开始浇铸板栅之前，必须取样分析熔铅锅中合金的成分是否符合工艺标准要求，不符合则要及时调整，合格后才能启动铸板机(图2-12)开始铸板;必须严格控制板栅的质量、厚度和外观，不允许有气孔、裂纹、收缩、毛刺、断筋、斜歪和夹杂铅渣等缺陷存在。

图2-11 动力VRLA电池极板制造工艺流程

图2-12 自动铸板机

2.13.3 铅粉制造

铅粉制造是电极活性物质制备的第一步也是很重要的一步，其质量的好坏对电池的性能有很大的影响。目前主要采用球磨法和气相氧化法来制造铅粉。

1. 球磨法

采用岛津式铅粉机，实际上是一个滚筒式球磨机。生产过程如下:将铅块或铅球投入球磨机中(不另外加球)，由于摩擦和铅被空气中的氧气氧化成氧化铅时放热，使筒内温度升高，反应如下:

只要合理地控制铅球量、鼓风量，并在一定空气湿度下，就能生产出铅粉，铅粉实际上是氧化铅包裹金属铅的微粒。

2. 气相氧化法(也称巴顿法)

所用的铅粉机叫巴顿式铅粉机，它将温度高达450℃的铅液和空气导入气相氧化室;室内有一高速旋转的叶轮，将熔融铅液搅拌成细小的雾滴，使铅液和空气充分接触进行氧化，生成大部分是氧化铅的铅粉;将铅粉吹入旋风沉降器，以便降温并沉降较粗的铅粉;最后在布袋过滤器中分离出细粉。图2-13所示为巴顿式铅粉制造系统流程，图2-14所示为巴顿式铅粉机，图2-15所示为巴顿式铅粉机加工系统示意图。

图2-13 巴顿式铅粉制造系统流程

图2-14 巴顿式铅粉机

2.13.4 铅膏的配置(和膏)

制造铅膏是极板生产中的关键工序。正极板的铅膏是由铅粉、5% ～10%的红丹(Pb3O4)、硫酸、丙纶短纤维、水和添加剂组成的。正极板铅膏的添加剂主要是为了提高正极板活性物质的导电性，因为二氧化铅的导电性差，这类添加剂有各向异性石墨;还有的是为了改善电池的循环性能，如Sn O2、Sb3O4等金属氧化物可以提高活性物质与板栅界面腐蚀层的电子导电性，因而防止电池的早期容量损失。加入红丹是为了加快化成速度，提高正极的空隙率，特别是对电池的化成(内化成)工艺。短纤维的加入是为了增强活性物质之间的结合力，减少活性物质的脱落。

图2-15 巴顿式铅粉机加工系统示意图

负极铅膏包括氧化铅粉、硫酸、水和添加剂。负极添加剂中主要是膨胀剂，因为负极活性物质海绵状铅有高的比表面积，表面能高，处于热力学不稳定状态，在反复充放电过程中，还原为铅的再结晶时，表面有收缩的趋势，比表面积减小，活性降低。为了防止负极的表面收缩，必须在负极添加膨胀剂。

和膏工艺的操作顺序是加入铅粉(添加剂)开始搅拌后，先加入分散有短纤维的水，再慢慢加入硫酸，最后继续搅拌一段时间将铅膏排出和膏机。和膏过程中将进行以下化学反应。

(1)铅粉加水后进行的反应:

Pb O+H2→—O Pb(OH)2　(2-16)

(2)加酸时进行的反应:

Pb(OH)2+H2SO →—4 Pb SO4+2H2O　(2-17)

(3)加酸后继续进行的反应:

Pb SO4+Pb O →— Pb O·Pb SO4　(2-18)

Pb O·Pb SO4+2Pb O+H2→—O 3Pb O·Pb SO4·H2O　(2-19)

(4)氧化反应(和膏过程中始终进行):

和膏作业是在和膏机中进行的，著名的和膏机如图2-16、图2-17和图2-18所示。在设置好铅膏配方和加料程序后，和膏过程可自动完成，自动控制和膏的温度、时间等工艺参数。

2.13.5 涂板

对于涂膏式极板，生极板的制造大致包括涂膏、淋酸(浸酸)、压板、表面干燥和固化等工序。

把铅膏涂到板栅上，称为涂膏或涂板，通常在带式涂板机上进行。带式涂板机连续地完成涂膏、淋酸、压板三道工序。图2-19、图2-20和图2-21所示分别是美国WIRTZ公司涂板机、国产双面涂板机和美国WIRTZ公司钢带式精密涂板机。

淋酸是将密度为1.10～1.15g/cm3的硫酸喷淋到涂好的极板表面上，形成一薄层硫酸铅，防止干燥后出现裂纹，也可防止极板密排时相互粘连。

图2-16 美国Oxmaster自动和膏机(1000kg)

图2-17 美国SMS和膏机

图2-18 德国爱立许(EIRICH)真空技术和膏机

图2-19 美国WIRTZ公司涂板机

图2-20 国产双面涂板机

快速表面干燥是去掉生极板表面的部分水分，防止极板密排时互相粘连。表面干燥后铅膏的含水率应控制在9% ～11%。表面干燥是在隧道式干燥机中连续进行，如图2-22所示。

对于管式极板，则要把铅粉灌到套管中或是把铅膏挤到套管中，前者称为灌粉，后者称为挤膏。

2.13.6 固化和干燥

经表面干燥的极板，要在控制相对湿度、温度和时间的条件下，使其失去水分和形成可塑性物质，进而凝结成微孔均匀的固态物质，此过程称为固化。经过固化的极板具有良好的力学强度和电性能。此外，固化还具有以下一些作用:

图2-21 美国WIRTZ公司钢带式精密涂板机

图2-22 表面干燥机

(1)使铅膏中残存的金属铅氧化成氧化铅，使铅含量进一步降低;

(2)在固化过程中，铅膏继续进行碱式硫酸铅的结晶过程，在较低温度下生成3Pb O· Pb SO4·H2O(3BS)，温度高于80℃时有利于生成4Pb O·Pb SO4·H2O(4BS);

(3)通过固化使板栅表面生成氧化铅的腐蚀膜，增强板栅与活性物质的结合;

(4)在保证前三个过程顺利完成后，脱掉极板中剩余的水分。

固化根据工艺条件不同分为低温固化、中温固化和高温固化三种。

2.13.7 电池的装配

电池的装配过程如图2-23所示。由图可知，动力VRLA电池极板的生产过程与传统的富液式铅酸蓄电池有很多相似之处，但是在电池的装配工艺上有很大区别，体现了VRLA电池生产工艺的先进性。