霍克铅酸蓄电池的槽盖

霍克铅酸蓄电池的槽盖

1.硬质橡胶槽
早期的槽、盖及其他部件采用的硬质橡胶是硫化橡胶（硫磺含量在25%以上），加入不同种类的填充剂和促进剂。当时是选用天然橡胶，60年代以后逐渐被人造合成橡胶替代。目前除大容量的起动电池还在使用外，其它类别产品电池槽均为塑料材质。这里就不在赘述。
2、塑料电池槽、盖
上世纪80年代以后，我国的阀控密封铅酸蓄电池由引进、自行研发逐渐向批量生产转换。早期的阀控密封铅酸蓄电池的槽、盖选用SAN材料。目前采用SAN和ABS材料的较为普遍，也有采用PP或PVC采料的，国外的阀控电池槽盖决大多数采用PP或AS材料。表征这些材料性能的技术参数归纳起来有机械性能、电性能、热性能等方面的指标，必须能够满足电池使用的要求。
机械性能：机械性能还包括耐冲击、抗震动、耐挤压和颠簸等项。还应包括考虑自然灾害（如地震）及蓄电池内赢余气体所产生的气胀等。
耐腐蚀性能：电池槽在一定温度下长期与密度1.25～1.32g／cm3的硫酸溶液接触，应不发生由于长期侵蚀而发生变化，如溶胀、裂纹及变色等。
抗氧化性：蓄电池可能工作在各种环境中，因此要求电池槽在紫外线照射或大气侵蚀等化学作用下，不能产生变色和发脆的现象，否则影响蓄电池的外观和机械强度。同时电池槽还应具有抗氧渗透的能力。
耐热性能：电池槽、盖在一定时间较高温度下保持一定时间，再冷却到室温，外形尺寸、型体发生的变化表示其耐热性。当蓄电池工作异常而发生过热，电池槽、盖应具有很强的热传导能力，即传热系数要大。当蓄电池在充电过程中如遇明火内部不应引爆，即电池槽、盖的阻燃能力等。
电性能：电池槽为绝缘体，要求电池槽材料电阻率大，击穿电压强度高，介电损耗小等。
阀控密封铅酸蓄电池电池槽、盖用几种塑料材质性能：
⑴ 聚丙烯（PP）
聚丙烯（PP）树脂是铅酸蓄电池中用量最大的一种高分子聚合材料，主要用于能注塑出成型的汽车型、牵引、搬运车型、摩托车型及部分阀孔密封型蓄电池壳体。早期曾使用均聚PP树脂成型蓄电池塑壳，因其低温下耐冲击强度低，塑壳在冬季破损大，而后被嵌共聚和共混改性PP树脂及低压聚乙烯（HDPE）树脂所取代。
聚丙烯是CH3-CH=CH2的聚合物，熔点为164～174℃。采用这种材料制成的电池槽其性能优点如下：
① 耐高温。可长期工作于100℃场所，即使温度达到164℃也不会变形。击穿电压强度高达19.6～26KV／mm，比ABS、PVC等材料电性能好。
② 受空气潮湿影响。水蒸气透过系数比ABS、PVC小，即电池槽水蒸气保持性能好。
③ 耐弯曲疲劳性能好，十分柔软。
④ 具有良好的抗应力开裂性。
采用PP材料制成的电池槽的缺点：
① 硬度小。电池槽须用钢架或钢外套支撑，尤其是2V阀控单体大电池槽。
② 产品容易受光照、热辐射、氧化作用而老化。
③ 氧透气系数大，造成蓄电池内部一些水分无意消耗。
④ 由于刚性差。抗弯曲力薄弱，所以PP电池槽容易发生膨胀变形。
⑤ 低温性差。当温度低于-5℃时，冲击强度明显降低。低温使用时防止碰撞。
⑥ 阻燃性能差。容易燃烧，离开火源仍然燃烧。
⑦ 二次加工困难。槽和盖采用胶封方法效果差。
⑵ ABS
ABS是内烯晴、丁乙烯、苯乙烯组成的三元共聚物，即在聚苯乙烯基础上分散着橡胶相的聚合物。ABS树脂为颗粒状，不透明，无毒无味。采用ABS塑料制作的电池槽有以下优缺点：
① 机械性能好。其抗冲击强度可达6～19KJ／m2, 拉伸强度可达40～55MPa。这些指标都比PP、PVC材料电池槽强。
② 表面硬度比PP、PVC材质硬度大。低温性能也好，最低工作温度可达-40℃。
③ 水蒸气透过系数大于PP、PVC材质电池槽，易造成蓄电池失水。美国的试验表明,ABS水蒸气透过系数是PP的3倍以上。
④ 容易吸水，还容易受空气潮湿影响。
⑤ 阻燃性能差，容易燃烧。
⑥ 容易被酮、酯、卤溶剂侵蚀。
⑧ 由于ABS中丁乙烯为双键结构，所以遇紫外线时易氧化降解。
 ABS的级别和用途。ABS按用途不同可分为通用级（包括各种抗冲击级）、阻燃级、耐热级等。

⑶ PVC
PVC是聚氯乙烯烧结物，采用PVC塑料制作的电池槽有下述优缺点：
① 绝缘性能较好，击穿电压强度高达19.6～26KV／mm。
② 水蒸汽透过系数较小，为1．096gmm／(mm224h),即电池槽内水蒸汽保持好。
③ 氧气透过系数最小，当遇火源因受热可分解出氯原子，致使具有阻燃性。离开火源后，又能自动熄灭。
④ 流动性差，加工配方和加工操作较复杂。
⑤ 热性能较差，长期工作最高温度低于65℃，当温度升高到75～80℃时会出现不同程度的降解。
⑥ 遇紫外线敏感，并加速老化。
⑷ 苯乙烯-丙烯晴树脂（AS）
用苯乙烯-丙烯晴树脂（AS）材料制成的电池槽，广泛用于固定型工业电池，这种材料的重要特点和性能如下：
AS树脂的构造。AS树脂的密度为1．07g／cm3,软化点（非结晶性塑料）为100～105℃（5kg维卡）平均聚合度p=600. 在AS树脂的构成中，影响大的是苯乙烯和丙烯晴（AN）组成比例，目前市场上一般型号是AN为23%-25%，而高强型AN为27%-30%。
AS树脂的特性：AS树脂的最大特征是透明性，又有工业材料必须的物理性能。AS树脂的刚性、尺寸稳定性、光泽及电子特性等均比其他树脂材料好。同时AS树脂耐冲击性、耐热性及耐化学腐蚀等也较为优秀。
AS树脂的种类：有一般级，高耐热、高强度级，高流动、高透明级和阻燃级等。在使用此种材料制做电池槽可根据电池槽体的规格及电池的使用方式来选择用料。
3． 铅酸蓄电池槽结构的变化
普通铅酸蓄电池的槽、盖的用途，仅限于盛装正、负极群、电解液和附件，因此结构简单，只要电池槽的内腔尺寸达到设计需求，电池槽的物理、化学及电性能符合电池槽标准，能够满足电池的使用条件和环境需求即可。
而阀控密封蓄电池（AGM电池和胶体电解质电池）所用槽与盖的结构要复杂很多，这是因为还需考虑阀控密封蓄电池（AGM电池和胶体电解质电池）内部的增压和减压的变化，极群局部温升，整个极群的极板大面在槽内自上而下是否受压均匀，电解液的分层及如何有利于电池内氧循环的问题。
2V阀控密封电池，尤其是AGM电池（也包括12V前端子AGM阀控电池）
的槽，其脱模斜度的大小对电池的寿命有很大的影响。特别是循环使用或用
在停电频繁少电地区的备用电池，容量衰减明显加快。
   ⑴ 电池槽的壁厚。阀控密封蓄电池（AGM电池和胶体电解质电池）工作过程中，蓄电池内部气压随着气体增多而升高，使槽壁处于增压伸张状态。当电池盖上的单向安全阀打开排气时蓄电池内部即处于负压状态，槽壁将处于大气的挤压状态。依据电池槽蠕变性能要求，蓄电池容量大于2000安时／单体的电池槽的壁厚应大于10mm。如此厚的壁注射成型比较困难。也不容易达到工艺要求。基于电池壁厚的增加，也不利于散热，大容量的VRLA电池往往采用分开电池槽设计（即采用2个或4个格），用来分散电池内的正，负压。以减少壁厚便于散热。见图3。
⑵ 电池槽的散热。VRLA蓄电池在工作时对温度十分敏感，导致电池升温的条件很多，原因之一是氧在负极复合是放热的反应。为了使电池内无游离的电解液，特别是AGM电池必须实施紧凑装配，结果造成了散热的困难。又由于VRLA蓄电池存在内部氧循环、而且在浮充状态为负压，所以电池壁需要很厚。而增大电池壁厚又使散热就更不容易，因此电池槽结构必须符合散热降温的设计原则。大容量蓄电池采用串并联组合时，要设计为有利于散热降温的连接方式，而且要使电池槽的各不同部位表观面积散热均匀。往往采用分开电池槽设计（即采用2个或4个格）的单体电池槽的壁厚可减到8～8．5mm．也有的厂家大容量电池槽外表面为凸楞条状，便于电池散热。
⑶AGM电池正极析出的氧气到达负极的途径是直接穿透隔膜到达负极（胶体电解质电池依靠电解质龟裂的缝隙形成气相通道）。目前，有些厂家的蓄电池在电池槽内壁设置竖筋条，其作用是为了让氧气到达负极而增设的通过极群外部绕行的途径，以达到提高氧循环的目的。
[4]电池槽的阻燃问题。目前，国内外阀控密封蓄电池使用的电池槽，普遍采用ABS树脂材料注射成型。由于ABS树脂是易燃材料,且燃烧时释放出大量的有毒气体和黑烟,这不仅会造成用户的使用安全问题，严重的还会造成国家财产的严重损失,同时会给人们的生命安全和生存环境带来极大威胁。 因此，目前
在通信、重要的电力系统等领域把电池组的使用安全性能作为重要条件来选择，要求电池槽盖要用阻燃ABS材料。根据阻燃剂的类型,ABS树脂及其合成的阻燃体系有以下几种:(1)含卤阻燃体系;(2)有机含磷、氮、硅阻燃体系;(3)无机阻燃体系,包括红磷阻燃和无机氢氧化物等的阻燃。近几年来,对ABS树脂及其合成的无卤化阻燃是该领域研究的热点,已引起人们的广泛关注。 
 ①  含卤阻燃体系 
 对于ABS树脂及其合成的阻燃,卤系阻燃剂是重要的阻燃剂,且绝大多数阻燃产品都采用这一阻燃体系。特别是对纯ABS树脂的阻燃更是如此。卤系阻燃剂主要为含溴阻燃剂和含氯阻燃剂两种,其中溴系阻燃剂的阻燃效率远比氯系阻燃剂的阻燃效率高。有关卤系阻燃剂的阻燃作用机制已有大量的文献报道。为提高卤系阻燃剂的阻燃效果,三氧化二锑是十分重要的协效剂,一般认为,卤素与三氧化二锑反应生成的三卤化锑蒸气密度较大,覆盖在聚合物表面可隔热、隔氧,同时也稀释可燃性气体，三卤化锑分解时还可捕获气相中维持燃烧链式反应的活泼自由基,改变气相中的反应模式,减少反应放热量而减缓或终止反应。在火焰下层的固态或熔融态聚合物中,三卤化锑能促进成炭反应而相对减缓聚合物热分解和氧化分解生成挥发性的可燃物,且生成的炭层将聚合物封闭,阻止可燃性气体的逸出和进入火焰区。卤锑协同体系阻燃作用主要在气相进行,同时兼具凝聚相阻燃作用。 
   ②含氯阻燃剂 
    含氯阻燃剂也被用于ABS的阻燃,但氯系阻燃剂的阻燃效率远不如溴系阻燃剂高,所以一般单独用氯阻燃剂不能满足ABS树脂的阻燃要求。就性能价格比而言,为了降低阻燃ABS树脂的成本,也可采用含氯与含溴阻燃剂混合进行阻燃处理。实验结果发现,氯溴阻燃剂混合后,由于C-Cl键和C-Br键键能的差异,两者之间表现出一定的协同作用,既可减少阻燃剂用量,降低成本,又能改善ABS树脂的力学性能,获得较好的抗紫外稳定性能。卤系阻燃剂以其优异的阻燃性能、低廉的价格一直稳居阻燃剂销售量榜首。然而卤系阻燃剂燃烧时释放出大量有毒气体和黑烟的缺点使得它的使用量呈逐年下降趋势。鉴于保护人类的生命安全和生存环境的需要,越来越多的阻燃研究人士开始致力于研制和开发低毒或无毒、热稳定性好和发烟量少的新型无卤阻燃剂诸如含磷、含氮阻燃体系和其它新型阻燃剂的开发研制。 
③ 有机磷系阻燃剂 
    有机磷系阻燃剂是与卤系阻燃剂并重的有机阻燃剂,品种多,用途广。包括磷酸酯、膦酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐、氧化膦、含磷多元醇及磷、氮化合物等。含磷化合物被用做阻燃剂的历史久远,对它的阻燃机理研究得也较早。目前人们一般认为有机磷阻燃剂可同时在凝聚相和气相起阻燃作用,但以凝聚相阻燃为主。为了提高有机磷阻燃剂对纯ABS树脂的阻燃效果,可以选用成炭剂与阻燃剂复配进行阻燃处理,使ABS树脂燃烧时在成炭剂的作用下生成炭层,保护下层基质不继续燃烧、不产生熔滴、抑制生烟量、减少有毒黑烟的生成。成炭剂的选择是该课题的难点,还有待进一步研究。有机磷阻燃剂对纯ABS树脂的阻燃作用小还可能是因为其磷含量低,分子量小,在树脂中的分散性差等原因造成的。
④其它无机阻燃剂 
    氢氧化镁和氢氧化铝是两种常见的填料型无机阻燃剂,其特点是无卤、无毒、抑烟、价廉。两者的阻燃作用机理相似,对ABS树脂的阻燃作用效果相当,在等份量填加时,填加氢氧化铝的ABS树脂的水平燃烧速度略小,然而氢氧化镁在燃烧时的抑烟效果比氢氧化铝显著。为了达到阻燃要求,两种阻燃剂的添加量都很大,因此对ABS树脂固有的力学性能影响较大,故ABS树脂一般不采用这两种阻燃剂作为阻燃主剂。 
    无机阻燃ABS树脂的发展方向是探索阻燃协效剂和抑烟剂,如FeOOH，现已作为ABS树脂的抑烟剂广泛使用,三氧化钼代替三氧化二锑,材料的氧指数和阻燃级别都有所提高,生烟量也会降低。Weil等发现K2CO3用于ABS树脂时,可提高ABS树脂的抗热致老化能力,导致表面碱式催化氧化和不饱和橡胶的交联。CaCO3也可作为无机填料加入到ABS树脂中,它本身虽然不参加反应,但被认为可以改变ABS热降解反应动力学,使得树脂表面形成炭层。崔永岩研究还发现新型无机阻燃剂硫酸铵在ABS树脂中表现了突出的阻燃和抑烟功能,当与卤、锑阻燃剂复配使用时,具有良好的阻燃协同作用。
[5] 国外12V系列阀控电池使用PP槽的问题
   在欧洲EXIDE旗下的工厂，无论是12V前端子AGM，还是12V胶体电池都使用PP电池槽。各单格间用穿臂焊，槽盖热封，极柱电热堆自动熔焊。完全是汽车用起动电池的一套装配工艺，生产效率极高。采用PP槽的12V阀控电池对六个排气阀的开闭压力值的一致性要求非常高，开阀压力都在10KPa
 以下。采用PP槽的阀控电池的失水要比ABS槽少得多，而且槽盖的热封效果好，材料成本较低。缺点是PP槽的刚性差，易膨胀，如果选用性能好的排气阀并设定较低的开阀压力，可以解决这一问题，国内的同行不妨一试。