一种铅蓄电池用高可靠性端子密封结构的研究

张旭东，王丽斋，张利芳

（风帆有限责任公司，河北 保定 071057）

0 引言

在阀控蓄电池设计中，极柱的密封对保证电池的密封性能和可靠性操作是一重要措施[1]。在阀控电池众多的失效模式中，极柱的腐蚀和漏液、漏气一直是困扰着许多蓄电池厂家的问题。如果端子密封性能不好，铅酸蓄电池在长期浮充电和大功率放电时，会出现端子爬酸现象，造成蓄电池漏液、电池水耗加剧、容量下降等诸多安全隐患。为了保证可靠地端子密封性能，国内外知名蓄电池都采用了各具特色的极柱密封结构，如 Hawer 的机械密封结构、East Penn 的 Epox-ZTM 环氧胶封结构、C&D的硫化橡胶结构、FIAMM 和 Yuasa 的橡胶密封圈-胶粘剂组合结构、AT&T Bell 2000 圆形电池的橡胶套-环氧胶粘剂组合结构，及国内大密蓄电池中常见的铅套-环氧胶粘剂组合结构[2]。现有端极柱密封结构是在蓄电池盖与端极柱间安放橡胶 O 型密封圈，然后环绕端极柱浇注环氧树脂达到密封效果。对于这种结构，在蓄电池长期使用过程中，电解液容易顺着铅极柱蔓延，爬到铜芯，腐蚀端子，造成电池漏液；而且，环氧树脂容易因 O 型密封圈放置不到位而漏入蓄电池内部，影响电池性能。由此可见，对铅酸蓄电池用端极柱密封性能的研究至关重要。

1 RTV 硅橡胶的选择

1.1 RTV 硅橡胶简介

RTV 硅胶又被称为室温硫化型硅橡胶，常作为粘接、密封、绝缘、防潮、防震材料，被广泛应用于电子元件、半导体材料和电子电器等设备的粘接、密封，电加热器和电子仪表的防水、密封，及电子元件的灌封。RTV 硅胶固化物无毒，无污染，无腐蚀，具有良好电绝缘和抗电弧性能，适用于-60～200 ℃ 工作温度。

1.2 RTV 硅橡胶耐酸测试

在 RTV 硅胶出厂前，技术检测人员会对其粘度、表干时间、固化时间、剪切强度、硬度等性能指标进行测试，以保证 RTV 硅橡胶的质量。考虑到 RTV 硅橡胶在铅酸蓄电池中长期处于极端恶劣的强酸环境中：在电池制造过程中（灌酸化成工序）有 24～72 h 浸泡在 1.2～1.3 g/cm3硫酸溶液中；在使用过程中一直处于硫酸气氛中。RTV 硅橡胶在铅酸蓄电池中的作用，是在铅合金和 ABS 树脂之间形成弹性密封层，防止单格内部酸液沿极柱向上爬升。因此，RTV 硅橡胶必须具有一定的强度和硬度，并且与铅合金有良好的粘接性能，使用中能够承受酸性介质长期的腐蚀，而且性能不发生较大的变化[3]。

首先，将 6 种 RTV 硅橡胶分别均匀地涂抹到铅极柱的表面，且保持涂抹厚度一致，在 1～2 mm之间；接着，将铅极柱在空气中放置 3 h；然后，将铅极柱放到密度为 1.275 g/cm3的硫酸电解液中浸泡，并在高温 60 ℃ 环境中静置 3 d。观察 RTV硅橡胶的胶体形态，以及 RTV 硅橡胶与铅合金的粘接性。

表1 为 6 种 RTV 硅橡胶实验之后的结果。从表 1 中可以看出：鑫威公司产型号为 386 和汉高乐泰公司产型号为 596 的 RTV 硅橡胶与铅极柱脱离，其外观呈现渣状，说明这 2 种 RTV 硅橡胶不耐酸，且在硫酸电解液中与铅粘接性较差；同样地，美国 CRC 公司产型号为 14055 的和北京 ZKTM 的 RTV 硅橡胶耐酸性良好，但与铅极柱粘接性不够。由于以上 4 种 RTV 硅橡胶都不满足使用条件，因此最终选择回天新材公司产型号为7587E 和溧阳天禧公司产型号为 TX-508 的 RTV 硅橡胶进行下一步试验。

表1 6 种 RTV 硅橡胶的外观及其浸酸结果

2 电池试制及耐高低温性能测试

2.1 端子密封结构

图1 所示端子密封结构由三元乙丙橡胶圈、R TV 硅橡胶、蓄电池盖、铜芯端子、环氧树脂和铜螺母组成。具体操作要求为：① 将 RTV 硅橡胶均匀地涂抹在铜芯端子的铅座上；② 在 3～5 min 之内，将三元乙丙橡胶圈套在铜芯铅极柱上，并且扣上蓄电池盖；③ 将铜螺母拧到铜芯端子上，然后压紧蓄电池盖。这样，RTV 硅橡胶、铅合金极柱、三元乙丙橡胶圈和蓄电池盖之间的相互结合，就形成了一层密封结构。此密封结构利用了 RTV 硅橡胶的广泛粘接力、RTV 硅橡胶和三元乙丙橡胶的高弹性，以及起压缩紧固作用的铜螺母，实现了铅合金极柱和蓄电池盖的紧密粘接，从而达到了密封的效果。

待槽盖胶固化后，在铅合金极柱和蓄电池壳体之间，采用环氧树脂进行二次密封。二次密封结构为目前大多数蓄电池厂家采用的常规端子密封设计，主要是通过 O 型圈、端极柱和极柱孔的过盈配合达到密封效果。

图1 端子密封结构

2.2 电池试制

本次共试制 4 只 2 V 100 Ah 样品电池。在其中2 只电池的端子铅座上涂抹回天新材 7587E 硅橡胶进行密封，另 2 只电池的端子铅座上涂抹溧阳天禧TX-508 硅橡胶进行密封。其它工艺按照 2 V 100 Ah电池正常工艺实施。待电池下线以后，做进一步试验验证。

2.3 耐高低温测试

阀控式铅酸蓄电池主要在浮充状态下使用，因此模拟蓄电池使用条件对端子密封可靠性验证是一个必要的条件[4]。在验证蓄电池寿命时，用高低温循环试验来检测在铅酸蓄电池受到冷热冲击的情况下端子密封胶的性能[5]。具体操作要求如下：下线后，将 4 只样品电池串联放置在高低温试验箱里，同时连接在恒流充电设备上，以恒流 2.475 A 充电。每 24 h 作为一个循环，端子上部有酸液溢出，pH 试纸呈现红色时试验终止。按图 2 具体方式循环 10 次后，检查蓄电池正负极端子是否有漏液现象，采用 pH 试纸进行检测。如果没有出现漏液现象，再按以上方法循环 8 次，然后检查是否有漏液现象。同时，要注意观察电池的外观，观察是否有鼓胀现象。试验完成后，蓄电池正负极端子完好，蓄电池外观无膨胀现象。

图2 耐高低温测试程序

2.4 电池解剖

耐高低温测试终止时，蓄电池外观无鼓胀现象。对试验电池进行解剖，观察蓄电池的端子结构（见图 3）。铅合金极柱部分金属色泽光亮，没有酸液爬过的痕迹。正负极端子部分完好，无腐蚀。采用 pH 试纸检测时，pH 试纸无变色。

图3 端子解剖图

3 结论

本文中所述这种高可靠性端极柱密封结构，通过双重密封避免了蓄电池在长期使用中爬酸，有效提高了蓄电池的可靠性和安全性。同时，这种结构耐机械作用力强，能有效承受电池安装过程中外力对端极柱的冲击，及充放电过程中因正极板胀大对正极端极柱的挤压。回天新材 7587E 和溧阳天禧TX-508 RTV 硅橡胶耐酸，耐高低温，耐老化，与铅合金极柱的粘接性能良好，在这种蓄电池端极柱密封结构中可以有效地起到密封剂的作用，杜绝端子漏酸。

[1] 王振和. 铅酸蓄电池的制造与使用[M]. 北京：中国科学技术出版社, 2010.

[2] 贺勤. 铅酸蓄电池极柱的密封结构[J]. 电源技术,2003(3)：290-292.

[3] 徐宇, 徐泽明, 毛晓明. 耐酸 RTV 硅橡胶密封剂的研制[J]. 有机硅材料, 2001, 15(4)：20-21.

[4] 王常波, 孟令辉, 潘燕贵, 等. 关于阀控铅酸蓄电池端子密封胶的几个重要指标[J]. 蓄电池,2008(3)：124-125.

[5] 党志敏, 刘桃松. 铅酸蓄电池用极柱端子胶的性能测试及应用[J]. 蓄电池, 2014(5)：211-214.