朱明海，李一平，王兴峰，吴战宇，周寿斌
（江苏华富储能新技术股份有限公司，江苏 扬州 225600）
通过优化正极板栅合金配方、提高正极铅膏视密度、增加装配比等手段进行设计优化尝试，试制的电动车试验
电池经试验验证和实车检测，低速电动车启动、爬坡性能和一次续行里程未受影响，循环寿命延长30%以上。
关键词：失效模式；合金配方；铅膏密度；装配比；性能提升
1. 引言
低速电动车具有小型、高性价比、充电方便、用车费用低等优势，适用于短途代步和运输，已成为山东、河南、
河北等地区的三、四线城市及广大农村地区备受欢迎的“国民电动车”，满足了基层百姓“遮风挡雨、机动出行”
的刚需，解决了上述地区百姓“出行难”的大问题。经过近十年的发展，低速电动车已形成了年产100万辆的
市场规模，为超过500万人创造了就业机会。
低速电动车正常启动行驶电流在1.0 C~1.5 C，持续行驶电流维持在0.3 C~0.5 C，EVF电池放电深度基本电动车电池论坛
保持在80%左右，属于中等以上电流深放电工作模式。通过对退回EVF电池进行解剖、测试分析，正极板栅腐蚀、活性物质软化脱落是EVF电池失效的主要原因，这和铅酸蓄电池早期容量损失“PCL效应”一致。
通过优化正极板栅合金配方、提高正极铅膏视密度、增加装配比等手段进行设计优化尝试，试制的EVF蓄
电池经试验验证和实车检测，低速电动车启动、爬坡性能和一次续行里程未受影响，循环寿命延长30%以上。
2. 电动车电池优化设计实验
（1）实验材料
高纯锡由国内专业蓄电池材料公司提供（锡含量≥99.9%；锑含量≤0.02%；铁含量≤0.007%；其它≤10 ppm）。AGM隔膜：100 kPa抗拉强度≥1.0 d（1.5 kN/m）；还原高锰酸钾物质≤1.5 ml/g；铁含量≤30 ppm。
铅粉、正负极板、电池槽、添加剂等由江苏华富储能新技术股份有限公司提供，其它试剂为分析纯，实验
用水为去离子水。
（2）电池制作
正极板按照表1参数要求，经铸片、涂板、高温固化、干燥等正常工艺步骤制备试验极板和正常极板。
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所用负极板均采用同一种配方，按正常工艺生产。电池组装采用不同厚度AGM 双层隔板，并以“6正7负”形式进行装配，硫酸电解液密度是1.27 g/cm 3，经内化成工艺，得到6-EVF-80X 型试验电池和现行在产6-EVF-80型电池。
（3）仪器与测试
性能试验采用高精度Uc-xcf08（20 A~100 A/12 V~48 V）型蓄电池综合参数自动测试仪（江苏金帆电源科技有限公司）。
容量测试：（25±5）℃条件下，充满电的蓄电池以13 A 放电至单只10.08 V，记录放电时间。高倍率放电：（25±5）℃条件下，充满电的蓄电池以313 A 放电至单只9.0 V，记录放电时间。循环寿命测试：第一，在（25±5）℃条件下，充满电的蓄电池以1.513 A 放电1.6小时，记录放电时间，第二；单只恒压14.7 V、限流1.513 A，充电4小时；第三，重复步骤第一、第二，当放电时间低于1.6小时时停止。
3. 结果与讨论
（1）容量、高倍率测试
现行电池和试验电池3hr、高倍率放电性能数据如表2所示，没有明显差异。铅膏密度由4.2 g/cm 3提高至4.5 g/cm 3，活性物质间的孔隙率降低，不利于电解液硫酸的渗透扩散，活性物质利用率降低，容量稍有降低。充放电电流密度相同时，通过增加约5%的铅膏量来弥补活性物质利用率降低带来的容量损失。
两种电池经实车装车检测，在相同配置、路况条件下，一次充电续行里程分别是121 km，123 km，和表2的数据指标基本一致。
（2）循环寿命测试
图1是现行电池和试验电池循环寿命曲线比较图。循环次数试验电池接近660次，现行电池仅500次左右，提高30%以上。阀控电池的免维护性得益于板栅合金中钙的析氢过电位，0.07% wt 钙含量的铅合金具有较好的力学性能，极好的耐腐蚀性[2]，但作为循环型使用时，活性物质、板栅界面会形成PbSO 4、PbO-α阻挡层，产生PCL 效应。锡的加入能够改善铅钙合金的特性，锡含量为多少时和钙匹配形成的铅钙多元合金具有最好的耐腐性和电导性还有待研究。低含量的锡只能形成不连续或连续的Sn 3Ca 沉积，不能形成掺杂腐蚀层的导电层；过高的锡含量会导致晶粒变粗，产生严重的晶粒腐蚀，降低机械性能。经多次试验验证：试验电池正极合金采用1.3% wt 锡含量与0.07% wt 钙含量全部反应，生成稳定连续的Sn 3Ca 沉积，降低板栅腐蚀；富余锡渗入活性物质、板栅界面的腐蚀层中，有效形成高导电层，大大改善电池循环性能并延缓容量衰减。
图1 现行和试验电池循环曲线
R E S E A R C H F O R U M研究论坛
相同的结论在另一组实验中也得到了验证，图2是现行电池和试验电池，经500次循环寿命试验后的极
板解剖实物照片，图片显示现行电池合金板栅极耳下部分已完全腐蚀断裂，而合金配方经过优化的试验板栅
基本完好。
图2 两种合金板栅解析图
试验电池循环寿命延长，除正极板栅耐腐蚀性提高外，铅膏密度提高，活性物质孔隙率降低，放电时活
性物质作用的厚度浅，活性物质间的结合力增强，与板栅表面附着力也增强，致使活性物质结构牢固，难于
软化脱落，延长循环使用寿命。
此外，紧装配使得AGM隔板可以严密包裹试验电池正极板表面，压紧活性物质，减缓正极板活性物质
的软化脱落；同时紧装配强迫氧气穿过AGM隔板中的微孔，水平到达负极板的表面，进行氧吸收和水还原，
以延长蓄电池的使用寿命[3]。
（3）综合性能
本项目开发的6-EVFX-100型试验电池，按照GB/T 32620.1——2016《电动道路车辆用铅酸蓄电池》型
式检验程序，不同温度容量、荷电保持能力及安全性等各项指标均满足第4条技术要求。
4. 结论
本文针对退回电动车电池失效模式，进行设计优化尝试，试制6-EVF-80X型电池，在不影响其它技术
性能基础上，制造成本约增加3%，循环使用寿命可延长30%以上，达到了预期效果。
参考文献：
[1] 朱明海，黄毅，吴战宇，等.功率型小密电池开发[J].蓄电池,2016（2）:85-87.
[2] RAND D A J，MOSELEY P T，GARCHE J，等.阀控式铅酸蓄电池[M].郭永榔，胡俊梅，王丽丽，译.北
京：机械工业出版社,2006(10):13-27.
[3]王丽斋，张文龙，吴淳，等.电动汽车用阀控铅酸蓄电池的研制[J].蓄电池,2005（3）:119-124.
（编辑：何琳）
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