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改进吸收型玻璃纤维隔板纸质量的几点看法

摘 要：本文介绍了玻璃纤维密封式蓄电池隔板纸提高质量、改进吸液性能等的几点方法。

关键词：玻璃纤维蓄电池 隔板 孔径 纤维直径 电解液 空隙率饱和度

密封式铅酸蓄电池(sealed lead／acidbattery)简称SLA)系采取限制电解液用量方式，即用最低限度的电解液，并将它们吸收(保留)在隔板材料内，同时采取过量的负极活型物质设计，促使电池在过充电时让正极产生的氧气被负极吸收(即氧化再复合)，或在浮充电使用时防止析气，使电池呈密封结构，是—种可以任何方式放置使用的铅酸蓄电池[CEIIECl056《携带式铅蒂电池》(阀控密封式)2．1．3小规定“……蓄电池组成或单体蓄电池应能在任何方位上工作(如倒置)而没有液体自阀或端子密封件上漏泄。”

在70年代美国Gates公司首先推出了这种吸收型阀控密封消氧铅酸蒂电池。其较之德国阳光公司使用的凝胶型具有内阻低、容量高的优点。比较适合在高倍率进行放电，而这是计算机和通讯等备用电源及起动电池所要求的。几十年来，在这些领域取得了迅速发展。尤其是最近大量的电动自行车的推出更普及了它的用途。

吸收型隔板是吸收型密封蓄电池的关键。其性能好坏对电池质量影响很大。它除了如普通铅酸蓄电池的要求外，还要求空隙率高、但最大孔径要小、电阻低、抗氧化能力强、能吸收和保持足够量的电解液、允许过充电等时产生的氧气通过它从正极板扩散到负极板进行消氧反应。而无粘合剂加入的玻璃纤维隔板纸正是满足了这些要求。这类品最早是有美国Evanite公司(该公可于92年将设备售给美国HV公司)在1983年开始商业性生产。定名为AGM (Absorptive Glass Mat)。我国研究吸收型阀控消氧铅酸蓄电池主要是在85年以后。由于该隔板的生产方式和性能与玻璃纤维空气滤纸相似，且有一定的利润空间，造成了低质低价的竞争。为进—步提高该产品的质量笔者淡些粗浅的看法以供参考。

1 使用原料

美国Manyille公司为该种隔板开发了专用的硼硅玻璃纤维代号为253。它的特点是软化点低、耐酸性好、杂质含量低。在80年代后期和90年代中期我国模拟253玻璃纤维先后开发了8902和9401隔板专用玻璃纤维。以8902为例，与无碱玻璃纤维和Evanite隔板每克在100ml比重1.28克／厘米3硫酸中不同时间溶解铁量的比较见表

值得强调的足玻璃纤维原料纯度的选择直接影响到电池的白放电，必须加以充分重视。

2 孔率和孔径

隔板的电阻、吸液高度和透气速率等性能都和其空隙结构相关的。隔板的最大吸液量是由它的空隙率决定的，而隔板的吸液速度和电介液在隔板中的分布决定于孔径的大小。隔板的孔隙率α是空隙的体积在隔板总体积中所占的分数。可按下式计算：

众所周知，孔径在纸中呈对数正态分布，即孔径直径的对数具有正态分布或高斯分布。它的分布概略地可以用中值孔径和标准偏差来描述。中值孔径能够反映孔径的平均大小，标准偏差用来表示孔径分布的宽窄或集中度。与其他纸一样，隔板纸中的孔径与纤维直径有关，纤维越细孔径越小。由液体的表面张力毛细现象可知，孔径愈小，电解液能达到的高度愈高。由于隔板纸是一种高空隙率的纸与较致密的纸相比，不仅具有较大的孔而且孔径分布范围也更广，因此当电解液在隔板中达到一定高度后，一些较大的空就会是空的，隔板的高度愈高，电解液不能进入的空的孔径愈小。这样，电解液随隔板高度形成一定的梯度分布，当隔板超过一定高度后，电解液饱和度就达不到要求，导致隔板的电阻急剧增加。

另一方面，电解液从隔板的一端扩散到另一端，具速度受其粘度、孔径等的制约。孔径愈大，电解液在隔板中升高的速度愈大。因孔径具有一定的分设计试样的整体尺寸大小；布，实际测定的是一因此以塑代钢是汽车轻量化重要的发展趋势之1个平均速度。

吸收型隔板的空隙率一般在95％左右，最大孔径通常为14~35μm，中值直径约为5~12μm，吸液量可达自身重量的10倍以上。

如上所述，要达到隔板纸的吸液性能，它的纤维应该是有粗细搭配而成，不应该由同种直径镀锌管材的纤维组成。一般是由以超细玻璃纤维(0．7~3．5μm)为主(90％~95％)加入少量的短切玻璃丝(10~35μm卫星模型)。以控制孔径、吸液量等。加入玻璃丝的好处还在于使处于紧装配的隔板加入电解液后在使用中不至于收缩变形与极板脱离造成蓄电池损坏，以延长寿命。

3 改善吸液量的控制

吸收型玻璃纤维隔板全邮孔都充满电解液时它的电阻是很低的。但客观上需要有一部分空孔，作为氧气从正极板扩散到负极板的通道。如前所述，由于孔径具有一定的分布，故在实际生产中用控制电解液的加入量来造成一些较大的孔是空的。隔板电阻随饱和度(隔板的孔体积被电解液充填的百分数)的增加而逐渐减少。当饱和度超过80％以后，趋近一稳定值，因此应该控制电解液的加入量，使隔板的饱和度在85~95％范围内。这样做给蓄电池生产工艺带来了麻烦。改变这种状态的方法是可以在玻璃原料中加入少量和电解液不浸润的有机纤维，如丙纶纤维、聚乙烯纤维等(如美国的PULPEXA-121)。在这些纤维的周围就会形成除非施加外力，电解液就不能进入的孔。这样，隔板在电解液饱和时，仍有一部分是空的。

要达到此目的也可采取其大范围产品生产及市场运作基本上由大公司进行他方法。如在隔板上靠负极板一面复合一层由憎水高分子纤维(如聚丙烯纤维)制成的无纺布，使氧气很容易与负极接近复合，也可以将隔板中一部分粗直径(30μm左右)的纤维做成中空状(内径一般为(10μm)，同时将这样的纤维进行憎水处理，可使隔板内有氧气通道等。但似乎以前者较为切实可行。

表2是全玻璃纤维隔板电解液饱和度对消氧电流的影响(消氧电流足指恒压充电32小时和16小时充电电流差)。随着饱和度增加，消氧电流逐渐减少，饱和度达到100%时消氧电流全部消失。

这种隔板的参考配比是5％玻璃纤维短切丝、5%丙纶短纤维90％中粗和超细玻璃纤维。

顺便指出空孔的形成并不会增加枝品的通过。因为吸收型玻璃纤维隔板阻小铅枝品增长的能力上要不是决定于孔径，而是亚微米直径玻璃纤维的含量和直径的细度。因为隔板棉纺原料阻挡铅离子的迁移不是靠筛分效应定制产品，而是靠纤维和铅离子的作用。

4 成本的降低

由于用来造纸的玻璃纤维价较贵，而且纤维愈细价格愈高。故近年来国外出现了以耐酸亲水的合成纤维为主，加入少量(约30％左右)较贵的超细玻璃纤维制成的改进型隔板。为了提高这类隔板的性能，采取了以下几个措施：

1)在隔板的两面各贴上一层0.25mm厚，由粗玻璃纤维制成的玻璃纤维层。它可以防止隔板收缩变松，提高保持电解液的能力。

2)在制造过程中加入少量(10~40％)粒径0.3μm左右的SiO2粉末以提高隔板吸收电解液的能力。

3)为了适应在充放电时的温度升高(60℃左右)要求，采用了50％粗聚酯纤维、20％中粗玻璃、20％SiO2粉末，并混入10％的丙烯纤维作粘合剂抄造而成，它可以提高电池使用寿命。

目前日本采用由粗中细三种细度不同的玻璃纤维为主(82~94％)，混入少量(6~18％)具有吸水性的合成纤维(即在丙烯啃纤维表面经高吸水处理使具保持有20~30％的聚丙烯酸)制成的隔板是较好的一种。其主要性能为：

厚度：1.03mm；定量：147g／cm2；紧度0.143g／cm3；吸液能力1.7g／cm3；吸液速度：101mm／5分钟；抗张强度：829g／15mm宽；最大孔径：24u立柱、上下抗折装备m。

此外，值得附加一提的是以造纸方法来生产此类隔板除玻璃纤维外，也可以以亲水耐酸的合成纤维(如经亲水处理的聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维等)为主(50~80％)，混入少量(10~30％)较粗(6~10um)玻璃纤维和少量(10~40％)无晶形氧化硅，以及少量(10~20％)高溶性合成纤维(如丙烯纤维)制成的隔板性能适中，价格较低，有兴趣者不妨一试。

密封式畜电池隔板是一种新型的蓄电池隔板，可以通过多种途径来满足它的使用要求，以上仅是一些粗浅的看法以供同行们参考。

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