丁冬，文福亮（武漢船用電力推進裝置研究所，湖北 武漢 430064）

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降低鉛酸蓄電池銅板柵電鍍不合格品率的研究

丁冬，文福亮
（武漢船用電力推進裝置研究所，湖北 武漢 430064）

摘要：本文對鉛酸蓄電池銅板柵電鍍工藝中出現(xiàn)問題的影響因素進行了分析和研究，通過對電鍍設備掛鉤及導電接觸部位的清潔處理，飛靶頭表面去氧化保養(yǎng)及鍍鉛陽極條厚度統(tǒng)一等措施，大幅度降低了鉛酸蓄電池銅板柵電鍍生產(chǎn)過程中的不合格品率。

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；銅板柵；重量偏差；電鍍設備；飛靶頭；鍍鉛陽極條；去氧化；不合格品率

0 前言

鉛酸蓄電池在大電流放電、浮充壽命和自放電性能等方面具有優(yōu)勢，但循環(huán)壽命相對較短，電池的比能量較低，主要是因為傳統(tǒng)蓄電池的非活性物質(zhì)鉛的用量較大。為了降低板柵的質(zhì)量，提高鉛酸蓄電池的比能量，現(xiàn)今主要采用輕型板柵作為負極板柵來替代傳統(tǒng)的鉛基合金負極板柵[1-4]。鍍鉛銅板柵由于質(zhì)量小，且機械強度明顯優(yōu)于鉛制板柵，常用來作為蓄電池的負極板柵。采用這種輕型板柵后，蓄電池的大電流放電容量及電壓性能都優(yōu)于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，而且提高了電極活性物質(zhì)利用率，大幅度地提高了短時率放電比[5-6]。但是由于電鍍工藝較為復雜，銅板柵電鍍后的負極板柵易出現(xiàn)表面漏銅、重量超出范圍等現(xiàn)象，用其組裝成電池后，鍍鉛層的缺陷會導致鉛溶解，從而導致析氫量增加和容量損失，影響整個電池的性能[7]。本文重點對銅板柵電鍍工藝中出現(xiàn)問題的影響因素進行分析和研究，來尋找合理高效的電鍍工藝方法。

1 銅板柵電鍍工藝流程

銅拉網(wǎng)在其生產(chǎn)及成型過程中，表面易沾染油類物質(zhì)，電鍍時必須首先進行脫脂（即除油）處理；銅網(wǎng)脫脂后，進入浸蝕工序，浸蝕可將銅網(wǎng)上的氧化膜和銹蝕物除掉，提高銅網(wǎng)基體與鍍層的結(jié)合強度； 銅網(wǎng)浸蝕后必須經(jīng)過流水和純水徹底清洗才能轉(zhuǎn)入電鍍工序。銅板柵電鍍流程如圖 1 所示。

圖 1　銅板柵電鍍流程圖

銅板柵電鍍液制備過程：① 將純水注入鍍液配制槽中，在攪拌的情況下加入氫氟酸和硼酸，氫氟酸和硼酸反應生成氟硼酸；② 接著在鍍液中加入鉛粉，使氟硼酸與鉛粉中的氧化鉛反應生成氟硼酸鉛；③ 靜置后過濾，再加入木素磺酸鈉，攪拌均勻即配制完成了銅板柵電鍍所需的電鍍液。具體化學反應式如下：

2 電鍍過程的影響因素

如圖 1 所示，銅板柵電鍍工藝主要包括預處理、水洗、酸洗、鍍鉛、水洗、烘干等工序。由于整個電鍍工藝過程較為復雜，銅板柵電鍍后的負板柵容易出現(xiàn)漏銅、重量偏差等不合格現(xiàn)象。因此，我們對過去一年各個季度銅板柵電鍍生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的不合格品進行了分析統(tǒng)計，其統(tǒng)計結(jié)果如表 1所示。

表 1 電鍍生產(chǎn)過程中不合格品的數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

由表 1 可以看出，由負極板柵重量偏差產(chǎn)生的不合格品數(shù)占了總不合格品數(shù)的 80.3 %，因此，我們重點針對使負板柵重量產(chǎn)生偏差的影響因素進行分析和研究。

2.1 電鍍設備的掛鉤及導電接觸部位

掛鉤是電鍍不可缺少的工具。在銅網(wǎng)電鍍過程中，有兩種掛鉤，一種用于連接陽極條和極棒，另一種用于連接銅網(wǎng)和極棒。掛鉤既要固定銅網(wǎng)和鉛陽極條，又要保證電流均勻地流過銅網(wǎng)，因此，它必須具有足夠的機械強度和良好的導電性能，且接觸牢固。

由于導電接觸直接影響電流的分布，所以各個接觸點應保持銅的金屬色澤，這樣既能降低電阻也能減少由于局部接觸不佳導致的電流分布不均或不導電。當用多片銅網(wǎng)并聯(lián)電鍍時，如果接觸不好導致電流分布不均，會引起鍍層重量的差異。因為在電鍍過程中，掛鉤的導電接觸部位易堆積形成許多鉛瘤，所以應該經(jīng)常對導電接觸部位進行刷洗，保持潔凈。

為了了解掛鉤及其導電接觸部位的清潔度對電鍍效果的影響，進行了對比試驗：① 在掛鉤及導電接觸部位未清潔刷洗的情況下，對銅板柵電鍍生產(chǎn)出的負板柵進行了檢測，共生產(chǎn)鍍鉛銅板柵 500片，其中電鍍后負板柵重量偏輕造成的不合格品數(shù)量為 9 片，不合格品率 2.2 %；② 用噴火槍將掛鉤表面導電接觸部位的鉛瘤進行灼燒后，用銅刷對掛鉤表面進行刷洗清理，在其它條件不變的情況下，同樣檢測生產(chǎn)出的鍍鉛銅板柵 500 片，發(fā)現(xiàn)負板柵重量偏輕造成的不合格品為 7 片，不合格品率為1.8 %。由此可以看出，對掛鉤及導電接觸部位進行清潔處理后，不合格品率由 2.2 % 降為 1.4 %，不合格品率略為降低，可以得出掛鉤及導電接觸部位不是對負板柵重量造成偏差的主要影響因素；但掛鉤表面的清潔度還是會對負板柵重量偏差造成影響，所以電鍍過程中還是應經(jīng)常對掛鉤的導電接觸部位進行刷洗清潔處理。

2.2 電鍍設備的飛靶頭

電鍍設備的飛靶頭呈 V 字形，是電鍍過程中的重要部件。其暴露在空氣中，所以表面易氧化形成厚厚的氧化層，造成飛靶頭的表面凹凸不平 (圖 2)。

為了研究飛靶頭表面氧化層對電鍍造成的影響，做了如下對比試驗：在飛靶頭未經(jīng)表面處理的情況下，對銅板柵電鍍生產(chǎn)出的負板柵進行了檢測，共生產(chǎn)鍍鉛銅板柵 500 片，其中不合格品數(shù)量18 片，不合格品率為 3.6 %；用打磨機將飛靶頭表面的氧化層打磨掉，將表面的凹凸面打平，在其它電鍍條件不變的情況下，同樣檢測生產(chǎn)出的鍍鉛銅板柵 500 片，發(fā)現(xiàn)其中不合格品數(shù)量 10 片，不合格品率為 2 %。

分析原因主要是：飛靶頭在長時間工作中，不注意保養(yǎng)，表面被氧化和腐蝕，從而導致接觸面契合性差；由于飛靶頭契合不好，使電路接觸不良，電流不穩(wěn)定，導致不合格品率高。為此我們對飛靶頭表面的氧化層進行了人工打磨，消除氧化層，同時將表面的凹凸面打平，使接觸面光潔平整，消除接觸不良帶來打火花的現(xiàn)象。

為了進一步研究飛靶頭表面的氧化層對電鍍造成的影響，在其它條件不變的情況下，對飛耙頭進行了打磨去氧化保養(yǎng)。對飛靶頭保養(yǎng)后生產(chǎn)出的鍍鉛銅板柵的不合格品率統(tǒng)計如表 2 所示。從表 2 可以看出，在對飛靶頭進行保養(yǎng)后，不合格品率由3.6 % 降低到平均值 1.90 %，降低了 1.7 %，不合格品率大幅度降低。由此可以得出在電鍍過程中，需要經(jīng)常檢查電鍍設備飛靶頭表面的氧化情況，對其進行定期去氧化保養(yǎng)。

圖 2　飛靶頭

表 2　飛耙頭保養(yǎng)后不合格品的統(tǒng)計表

2.3 鉛陽極條厚度的影響

因為在電鍍過程中，要通過陽極條給電鍍液補充陽離子，所以對銅板柵進行電鍍時要采用純鉛的陽極條，銻、銀和銅的含量要盡量低，以免形成陽極泥，使鍍層粗糙。如果停產(chǎn)時間較長，應取出鉛陽極條，以免鉛陽極過分溶解，造成溶液成分失調(diào)。在電鍍銅板柵時，鉛陽極條會一直溶解，不斷消耗，陽極條消耗得不均勻會導致電鍍液里陽離子補充不及時。因此，我們在陽極條厚度不一樣的情況下進行了測試，分別試鍍 400 片，生產(chǎn)出的鍍鉛銅板柵的不合格品統(tǒng)計如表 3 所示。

表 3　不同厚度鉛陽極條電鍍生產(chǎn)的不合格品統(tǒng)計表

在澆注陽極條的過程中，沒有關(guān)于厚度統(tǒng)一的工藝標準要求，導致澆注成形的陽極條的厚度不一致。從表 3 可以看出，陽極條的厚度越薄，鍍鉛銅板柵的不合格品率越高。為此，我們根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，將陽極條的厚度標準范圍設定為（30±1）mm，重新澆注，同時將不符合要求的陽極條進行更換，然后電鍍生產(chǎn)鍍鉛銅板柵，不合格品率統(tǒng)計如表 4所示。

表 4　陽極條厚度統(tǒng)一后電鍍生產(chǎn)的不合格品統(tǒng)計表

由表 4 可以看出，在對陽極條的厚度進行統(tǒng)一后，不合格品率大幅降低。因此在電鍍生產(chǎn)前，需要對澆注的陽極條的厚度進行統(tǒng)一，使其厚度控制在（30±1）mm，將不符合要求的陽極條進行更換，在電鍍過程中需經(jīng)常檢查鉛陽極條的消耗情況，及時進行更換。

為了進一步確認對負板柵重量造成偏差的主要影響因素，在電鍍前我們對飛靶頭表面進行了去氧化保養(yǎng)，同時對陽極條的厚度進行統(tǒng)一后，進行生產(chǎn)，并與上一年相同月份下電鍍生產(chǎn)的負板柵數(shù)量和不合格品率進行了統(tǒng)計和對比，結(jié)果見表 5，不合格品率明顯降低。

表 5 飛靶頭保養(yǎng)及陽極條厚度統(tǒng)一前后電鍍生產(chǎn)的不合格品對比

3 結(jié)論

通過本文測試和分析得出：

（1）重量偏差是電鍍銅板柵不合格品的主要方面。電鍍設備的掛鉤及其導電接觸部位、飛靶頭和鍍鉛陽極條的狀況都會對負板柵的不合格品率有較明顯的影響。

（2）電鍍設備的掛鉤及導電接觸部位不是負板柵重量產(chǎn)生偏差的主要影響因素，但掛鉤表面的清潔度會對負板柵重量偏差造成影響，因此，電鍍過程中應經(jīng)常對掛鉤的導電接觸部位進行刷洗清潔處理。

（3）對飛靶頭的表面進行去氧化保養(yǎng)后，板柵的不合格品率大幅度降低，因此，需要經(jīng)常檢查電鍍設備飛靶頭表面的氧化情況，對其進行定期去氧化保養(yǎng)。

（4）在對鍍鉛陽極條的厚度進行統(tǒng)一后，生產(chǎn)出的鍍鉛銅板柵的不合格品率大幅降低，因此在電鍍過程中應對鍍鉛陽極條的厚度進行統(tǒng)一，并要經(jīng)常檢查鉛陽極條的消耗情況，以及時進行更換。

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Research on reducing the nonconforming rate of Pb-plated copper grids of lead-acid batteries

DING Dong, WEN Fuliang
(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, CSIC, Wuhan Hubei 430064, China)

Abstract:In this paper, we analyze and study the effect factors appear during the plating process of copper grids of lead-acid batteries. By the way of cleaning the hook of plating equipment and its conductive contact parts, deoxidizing and maintaining the surface of copper target, unifying the thickness of anode strips used for lead plating and other measures, the nonconforming rate of lead plated copper grids of lead-acid batteries was greatly reduced in the process of electroplating production.

Key words:lead-acid battery; copper grid; weight deviation; electroplating equipment; copper target; lead plated anode strips; deoxidizing; nonconforming rate

收稿日期：2015-09-29

中圖分類號：TM 912.1

文獻標識碼：B

文章編號：1006-0847(2016)02-69-04