密封铅酸蓄电池用富液式吸附隔板的研制

　　通过对富液式吸附隔板的深入研究，使其技术性能达到了当前国外同类产品的先进技术水平，实现了新一代吸附式隔板的国产化和系列化，为解决目前贫液式VRLAB出现的早期干涸问题，提供了有效的技术途径和於救的技术措施。

　　1前言我们展富液式吸附隔板研制课题的0的，就娃要通过进行大量必需的基础性研究作，掌握影响富液式吸附隔板性能的各种闪素，使富液式吸附隔板研制产品的性能全面达到当前国外同类产品的先进技术水平，实现我国富液式吸附隔板的国产化和系列化，为解决g前我国VRLAB出现的早期电解液干涸问题，提供新一代吸附式隔板，进一步推动我国VRLAB的发展和进步。

　　目前国内外广泛采用的AGM隔板，经过20多年的发展，隔板的质M虽然不断得到了改进和提高，但从所组装的贫液式VRLAB运行的结果表明，国内外均没有达到其预期的使用寿命。许多研究：作公认，电解液干涸是造成当前贫液式VRLAB容量降低和使用寿命缩短的重耍冈素，因此国外为解决电解液干涸这一难题，采用了富液式技术途柃，并相应发出在超细玻璃纤维中含有部分特制憎水PE纤维的型吸附式隔板，称为富液式吸附隔板，以保证隔板在电池充电时提供所要求数量的氧气专门通道。由此而改变了AGM隔板组装电池时处丁贫液状态下的制造技术，使电池化成时可加入超设计量的电解液，在电池上有多余电解液的情况下，也不会进入具有优良憎斥电解液能力的氧气通道中，从而使氧气由正极向负极迁移时速度更快，氧的复合率更高，析气M更少，这既增加了屯池的循环寿命，又相应减缓了其他诸多影响电池寿命的闪素，还简化了电池的生产：艺和提高了电池的产量。

　　根据国内贫液式VRLAB出现的早期干涸问题，有关研究单位和企业也先后多次开展了富液式吸附隔板的研制，但由于该隔板需要解决的技术问题多、技术难度人，每次攻关时在主要关键技术上均未获得突破。我们在认真总结了研制国外同类产品资料的基础上，深入论证了富液式吸附隔板的主要技术指标，使研制产品所采用的技术指标均向先进国家靠扰，充分反映了国外当前吸附式隔板的现状及其发展趋势，特别是吸取了国际上具有显着优势的美国HV公司沏吸附式隔板的19种系列产品的全部技术指标（见表1），并仍保留了我国玻璃纤维吸附式隔板所要求的电阻、孔率、浸酸失重、毛细吸酸高度、还原高锰酸钾物质、铁含量、氯含M和水含童等八项主要技术指标，这样既妥善处理了富液式吸附隔板产品与我国现行行业标准之间的关系，更显示出研制产品在同类产品中技术性能的全面性和先进性。

　　我们在研制中，既吸取了国外同类产品的先进技术和经验，把握了研究的重点及主攻方向，突出了该课题的技术难点和技术关键的研究，通过研究多组份纤维的细度和不同直径纤维搭配的比例、憎斥电解液的氧气通道及隔板的合理孔结构分布等，从隔板的儿何结构上保证了富液式吸附隔板的技术性能，终丁在1999年上半年研制获得成功，0前己正式投入批量生产。

　　表1富液式吸附隔板的主要技术指标型号、七最哼度M人孔径Cum）MD抗张强度（kN/m）MD忡K申灼烧大亟比衣面枳（m2/g）实验方法参照美国EVANITE 2憎斥电解液的氧气通道众所周知，憎水纤维在隔板的制。卞过程中，均会漂浮在浆液的表面，不能与多组份超细玻璃纤维均匀混合，闪此形不成特定数M的、均匀分布的、A有优良憎斥屯解液能力的氧气通道。若采用传统的浸润剂或分散剂处理憎水纤维的方法，虽然分散性能得到一定程度的改善，但会降低隔板的均匀性、抗张强度和伸K率，改变定M与厚度之间的关系，削弱氧气通道憎斥电解液的能力，使氧气通过时受阻，显然丧火了富液式吸附隔板更利丁氧气迁移的这种优势，而变成了贫液式吸附隔板所存在的这种弊端。同时在隔板中所残留的浸润剂或分散剂物质，会污染电池的负极板，增加屯池的析气速率或d放电速率，从而降低了电池的存放时间和使用寿命。

　　根据国内没有富液式吸附隔板所需要的憎水纤维的实际情况，我们从国外进口了多种不同密度、不同细度和不同L<：度及A有优良憎水、耐酸、耐氧化等特性的PE纤维，研究并确定了隔板所要求的纤维细度、K度、纵横之比和在隔板中应有的含M后，采用了我们专门研究成功的、勾国外同类产品相同的分散憎水纤维的宄进技术，使憎水纤维与超细玻璃纤维充分均匀混合，消除了憎水纤维漂浮在浆液表面的现象，由此在隔板中形成了一定数M的、均匀分布的、A-有优良憎斥电解液能力的氧气通道，为我国富液式吸附隔板研制成功奠定了重要的技术基础。

　　3多组份纤维结构VRLAB之所以有贫液式和富液式之分，土要娃由P两种吸附隔板的纤维组份不同而产生的。贫液式吸附隔板是由100%的玻璃纤维组成的，有良好的润湿性，尽管在组装电池时L艺上需要严格的控制注入电解液量，以确保留有一定数M的孔道不被电解液所填满，供氧气由止极向负极迁移，但实际上玻璃纤维组份己全部被润湿，所留的氧气通道也不同程度的进入了屯解液，这都会对氧气迁移产生相应的不同负面影响。

　　而富液式吸附隔板是一种特殊的多组份纤维的结构，既含多种不同H径和适当L<：度的超细玻璃纤维组份，以保持贫液式吸附隔板所A有的主要特性，含有一定数量的PE纤维，为隔板提供了特定数M的、均匀分布的、具有优良憎斥电解液能力的氧气通道，这比玻璃纤维吸附式隔板更有利丁氧气迁移，使氧气以一定速率到达负极板后，被其活性物质及时所吸收，致使屯池向外部的析气M相应减少，电池内部屯解液水份散失也相应缓慢，这对防止和解决0前贫液式VRLAB干涸状态，A有明显的优势。

　　在富液式吸附隔板的纤维组份结构的研究中，不同纤维组成及其配比是我们经过K期的合理设计搭配和深入研究而成的。这些纤维在隔板中起着不同的作用，其中ohnsManvie206超细玻璃纤维为屏蔽纤维，纤维直径较细，在隔板中A有构成微小孔的功能，赋予隔板较高的吸附性；ohns Manville201玻璃纤维为基体纤维，纤维直径较粗，在隔板中起着骨架的作用；c一d玻璃纤维短切丝为增强纤维，纤维直径比基体纤维还粗，可以增加多组份纤维之间的纠缠力和磨擦力，提高隔板的抗张强度、伸K率、表面平整性和尺寸稳定性；特制PE纤维A.有优良的憎水性，基本上没有吸附性，主要提供具有憎斥电解液的氧气通道。闵此这些不同的纤维组份，在隔板中具有不同的功能，使隔板形成发达且合理的孔隙结构。

　　富液式吸附隔板采用了具有优势的多组份纤维结构，以多组份中的粗玻璃纤维作为细纤维的骨架，形成了一部分相对人的孔隙结构，在隔板中山有较高的有效空间，使之A有良好的结构效应。

　　同时，由于细纤维基本上都屏蔽在粗纤维的骨架上，使细纤维进一步的分散和疏展，拓宽了微孔的孔径范围，减少了隔板中的无效孔隙体积，相应增加了有效孔隙体积，又产生了良好的屏蔽效应。表2中列出的多组份纤维包括基体纤维、屏蔽纤维、玻璃纤维短切丝纤维和憎水纤维四种，这四种纤维作为研制富液式吸附隔板的纤维组份。

　　表2纤维组份及纤维直径规格纤维种类纤维功能纤维直径基体纤维骨架屏蔽纤维构成微小孔玻璃纤维短切丝增强憎水纤维形成氧气通道4孔结构分布一般来说，富液式吸附隔板是由多种纤维和一种憎水纤维组成的，纤维之间具有一定的孔隙，纤维之间的孔隙是吸附隔板的基本特性之一，隔板的性能勾孔隙的形状、人小及数足成函数关系。

　　通过隔板的孔结构分布的积分曲线和微分曲线的研究，揭示了隔板内部结构的本质，止确选择了多组份纤维的儿何尺寸组成及其配比，充分发挥了结构效应和屏蔽效应的作用，使部分无效孔隙变为有效孔隙，挖掘了新的潜力，使隔板的孔径人小及分布趋于更合理，从隔板的几何结构上妥善处理了相互影响和制约的技术难点及技术关键的问题，进一步改善和提高了隔板的总体性能。孔结构分布的研究贯穿丁富液式吸附隔板研制I：作的始终。在实验研究过程中，随时对实验样品的性能与孔结构分布之间的关系进行分析，根据分析的结果及时采取了相应的技术措施，修改和调整了技术方案，使实验研究获得了成功，为试制性能优良的富液式吸附隔板打下了良好的技术基础。由表3和一2中的试验结果表明，富液式吸附隔板的最人孔径、最小孔径、平均孔径和可几孔径R分别为：7.97、3.19、4.03和3.73um，而美国HV公司I型吸附式隔板分别为：10.48、4.89、6.59和5.67um.代表隔板孔结构特征的这四种孔径，都是通过对孔结构分布的积分曲线和微分曲线的研究得到的。经过反复研究证明，采取得当的技术措施，相应调整和改变富液式吸附隔板的这四种孔径，特别是增加可儿孔径在总孔体积中所A的比重，则更有利于改善和提高富液式吸附隔板的技术性能。

　　表3孔结构分布我国富液式吸附隔板美国HV公司1型吸附式隔板孔半枰孔体积V累积孔体积孔半径孔体积V累积孔体积1孔柃分布积分曲线2孔柃分布微分曲线1孔抒分布积分曲线2孔径分布微分曲线m13液式吸附隔板的孔结构分布曲线戈国型吸附式隔板的孔结构分布曲线表4S液式吸附隔板试制产品性能厚度（mm MD伸长韦比表面积最人孔抒（um）灼烧失i表5试制产品按国家现行行业标准测试结果序号实验项目单位技术指标试制产品定置电阻孔率90抗张强度多最人孔抒浸酸失重毛细吸酸高度还原锰酸钾物质铁含量氯含量水含量氧气传递速度要慢得多；也表明，在富液状态下，与玻璃纤维吸附式隔板相比，富液式吸附隔板的析气M减少的更为明显，约为前者的1/10.这进一步证明了玻璃纤维吸附式隔板是以附隔板是依靠PE纤维的憎水性形成氧气通道的，即使是在富液状态下，这些孔也不会被“淹没”。

　　5试制结果及讨论在以上各专题研究的基础上，进行了工厂试制，吹制了研究样品所要求的基体纤维和屏蔽纤维，拉制了开刀丝纤维，确定了富液式吸附隔板在工厂生产的工艺流程及各种工艺参数，并根据富液式吸附隔板的一些特殊工艺要求，对生产设备也作了相应的技术改造，使实验研究的技术方案在生产中一一得到实现。由表4、表5中的试制产品的试验结果看出以下四点：5.1由于采用了一些先进的技术途径和其他相应的得力技术措施，富液式吸附隔板的研制是成功的，试制产品全面达到了预期的性能要求，其各项性能均达到并超过了美国HV公司I型吸附式隔板的先进技术指标，同时也达到并超过了国家现行行业标准的技术性能要求。

　　5.2在研究并确定了PE纤维的密度、细度、长度、纵横之比和在隔板中应占有的含M等技术因素的基础上，又成功地研究解决了憎水纤维能在浆液中均匀分散的先进技术，克服了憎水纤维漂浮在浆液表面的弊病，由此在隔板中形成了特定数量的、均匀分布的、具有优良憎斥电解液能力的氧气通道，为我国富液式吸附隔板研制成功奠定了重要的技术基础。

　　5.3研究并设计了一种具有明显技术优势的、充分发挥结构效应和屏蔽效应作用的、多组份纤维的结构，加了有效孔隙率，相应减少了无效孔隙率，挖掘了新的潜力，米善处理了相互影响和制约的技术难点和技术关键的问题，进一步改善和提高了研制产品的总体性能。5.4开展了孔结构分布和积分曲线和微分曲线的研究，揭示了隔板内部结构的本质问题，通过调整最大孔径、最小孔径、平均孔径和可几孔径，使隔板的纤维组份儿H尺寸、孔径人小及其分布趋于更合理，从几何结构上保证与孔结构分布有关的一些技术性能具有先进性。

　　6试制产品组装电池应用富液式吸附隔板研制成功后，苦先后多次组装富液式和贫液式电池的对照运行试验，两种技术途径研究结果表明，无论是贫液式还是富液式电池，富液式吸附隔板能明显加速氧从正极向负极的扩散过程，减少气体的析出量，其效果要比玻璃纤维吸附式隔板好得多。由可见，在恒流过充电的情况下，富液式吸附隔板的析气量要比玻璃纤维吸附式隔板少得多，大约不到它的1/2；由可以看出，在恒压充电的情况K，采用富液式吸附隔板和玻璃纤维吸附隔式板所组装的贫液式电池，前者的析气量约为后者的1/6，减少气体析出的效果非常明显。这说明玻璃纤维吸附式隔板的氧气通道比富液式吸附隔板要差得多，由此可见，VRLAB采用了富液式吸附隔板后，人人提高了氧的复合率，增加了电池的循环寿命。

　　中：1玻纤隔板装贫液忒电池2富液式隔板装贫液式电池玻纤隔板装窑液式电池液式隔板装富液式电池1玻纤隔板装贫液式屯池2液式隔板装贫液式电池恒乐5.30V充电析气量4时间关系2富液式隔板装富液式电池恒压5V充电析气M ~时间关系7结束语富液式吸附隔板的研制成功，填补了我国的空白，标志着我国的吸附式隔板达到了目前世界先进技术水平，表明我国吸附式隔板的研究和开发进入了新的更高阶段。在研制中，改变了以贫液式吸附隔板的传统研究观点和研究方法。从大量的基础性研究工作入手，突出研究了赋予隔板特定数量的、均匀分布的、具有优良憎斥电解液能力的氧气通道这个关键，深入研究了对隔板性能具有重要影响的有效孔隙率这个新概念，重点研究并设计了一种具有明显技术优势的、充分发挥结构效应和屏蔽效应作用的多组份纤维结构，把握了隔板应有的孔结构分布的积分曲线和微分曲线这个本质特征，妥善处理了相互影响的制约的技术难点及技术关键的问题，从隔板的几何结构上保证了富液式吸附隔板的顺利研制成功，这对防止和解决目前我国贫液式VRLAB出现的早期干涸问题，提供了有效的技术途径和补救的技术措施。