2.1　初充电

通常蓄电池开箱后的第一次充电叫初充电。对需要注入电解液的电池都有“初充电”工艺环节。这里所说的初充电是包括从启封到电池正式投入使用这段时间内对电池的全部充放电作业。初充电的目的，就是在电池正极板上造成PbO₂，在负极板上造成海绵状Pb。初充电的好坏，直接影响着电池的实际容量和使用寿命。对不同类型的电池，其初充电的要求是不一样的。对“干荷电”电池，初充电要求详见1.3.8小节所述。对固定型电池，详见2.7小节。未加过电解液的电池在存放期内，极板上就有硫酸铅（PbSO₄），这是在装配电池时就有的，另外在存放期内，负极Pb由于自放电而生成一部分PbO。在电池存放期内，由于环境温度的变化，电池有“呼吸”过程：受热时，电池内的空气有一部分排出电池壳；遇冷时，外部空气会被吸入电池。这种“呼吸”就把潮气带入电池，如果存放期过长，在水分的作用下，电池的自放电加剧，就会相互联结而形成致密而又粗大的晶粒。通常电池出厂时注液孔用金属膜热粘封，就是为了防止或减缓这种损伤。通常规定从出厂之日到开箱使用的时间不超过一年，即只经过一个雨季。所以购置和储运时要注意，如果原极板干燥状态良好，存放期内无潮气浸入，存放两年对电池的质量也无妨。气温高、温度大的南方与寒冷干燥的北方相比，同一储存期内对电池的损伤程度完全不同。

电池开箱之后，首先检查外壳顶盖有无裂损，如有裂损，用环氧树脂即可牢靠地粘补好。最初若不检查，一旦注入电解液才发现有裂损，损失就难挽回了，原因如下。

①电池外壳裂损处被电解液浸渍，用清水无法洗干净，粘补面无法达到粘补工艺要求的清洁程度。

②电解液一注入电池，极板即发生反应，在粘补工作进行的时间内，电池已受到硫化损伤，这种损伤用普通充电的方式是难以挽回的。将电池放在通风良好的工作场所，注入配制好的电解液，电解液的温度越低越好。过高的电解液温度会造成电池的热损伤。

a.电池内的塑料隔板和外壳易发生变形，PVC塑料隔板在高温下会加剧其降解，放出氯离子，损害电池极板。

b.电池的极板合金多是铅锑合金，高温会引起合金结晶热错位，使其耐腐蚀性降低。

所以电池的工作温度通常都规定在45℃以下。注入电解液的温度越低，电池的温升就越低，对电池造成热损伤的可能性就越小。

在蓄电池投入使用后的日常保养中，一般只补加水，而不加酸。所以第一次加入蓄电池的酸就是以后使用中蓄电池所需的酸含量，此值不能取高。许多研究表明，当酸的密度取大于1.26g/cm³时，由于板栅腐蚀加快，极板上的活性物质脱落就急剧增加。在许多情况下，硫酸电解液对蓄电池的损坏要比生产工艺条件变化所造成的后果更为直接一些，在汽车蓄电池中，硫酸电化学腐蚀所造成的损坏比充放电循环造成的正常损坏要大得多。

在蓄电池制造中，极板化成之后，从化成槽取出极板时，由于正极板上PbO₂中的铅已处于Pb⁴⁺状态，所以不会再与空气中的氧发生反应。但负极上的海绵状Pb却处于高度活化状态，它能自发地与空气中的氧发生氧化反应。

2Pb+O₂2PbO+Q

这个反应放出了热量，而且在极板潮湿时的速率要比干燥时快得多。反应生成的PbO又继续与毛细孔中的酸反应生成PbSO₄。

PbO+H₂SO₄PbSO₄+H₂O+Q

这个反应再次放出了热量。为了防止反应放出的热强度过高而损伤极板，须在化成槽里先放一部分电，即保护性放电，使极板的表面生成一层硫酸铅；同时，从化成槽里取出负极板时，立即浸在纯水中，将极板毛细孔中的酸浸出，这样做可以减缓放热反应的热强度。

在潮湿的条件下，正极板还能与CO₂发生反应。

2PbO₂+2CO₂PbCO₃+2O₂

这种反应使正极板失去活化容量。在极板组装及电池储运的过程中，上述反应始终在进行。为了把这种有害反应降到最低点，极板应尽量保持干燥，把加水帽上的出气孔密封起来，以防止空气中的氧和潮气侵入。

向蓄电池中注入硫酸，硫酸与负极板上的PbO反应生成细粒的PbSO₄，反应放出热量，使电池的温度上升。同时电解液的密度下降，负极板氧化越严重，注入电解液后的电池温升越高，电液的密度下降也越多。如果在注酸后短时间内不进行充电，就使附在极板表面上的细粒硫酸铅逐渐变大，数量逐渐增多，且深入极板内部，使充电作业变得困难。

从以上分析可知，初充电的过程，主要是恢复负极板活性的过程。电能向化学能的转化，也主要在负极上发生。初充电虽然也有正极板的深化反应，但主要是负极板的单极板反应，这不同于日常的补充性充电。所以初充电的电流转换效率很低，电池也容易发热。由于极板上原来就有PbSO₄，所以在初充电后期，测得的电解液密度将比注入电解液的密度高0.02～0.04。初充电时，蓄电池中的PbSO₄是在储存过程中由于小电流自放电形成的，所以晶粒粗大，活性面积小。这时电池内阻较大，充电时温升较快，因此充电电流不能取大。

第一次充电，通常用两个电流值进行。第一阶段用0.05C₂₀～0.1C₂₀来进行。“C₂₀”为20h率放电时的标称容量。在这个阶段将电池充到每个单节2.3～2.4V为止。第二阶段的充电电流比第一阶段的充电电流小1/2。降低充电电流的目的，是为了减少电池温升和气体的析出。

在充电的整个过程中，必须仔细地检查，确保各单电池的电解液温度不超过45℃。在充电开始时，各单电池的电解液温度应每隔1～2h测一次，然后选一个电解液温度最高的单电池，作为电池组的最高温升代表。当电池已开始明显有气体析出时，在充电状态下，用电压表挑选其端电压最高的单节作为领示电池。一般来说，这个电池的电液温升也最高。用这种方法确定领示电池，准确且方便。

在第一阶段充电时，电流接收率很低，应用0.05C₂₀的电流先充一段时间，其原则是将电解液温度控制在40℃以下。如上升到40℃，应将电流减少；如温度上升到45℃，应停止充电，待电解液温度降低后，再进行充电。电解液温升过高会使极板上活性物质大量脱落，造成蓄电池的永久性损坏。实际上，充电电流的大小主要是受电解液温升和气体析出量制约的，只要温度不超过40℃，气体出量不大，这时电流能量转换成化学能的比例很高，取多大电流也无妨。快速充电就是基于这个先决条件设计的。

充电过程中，用电压表测量蓄电池端电压时，不应断开充电电流。最好用3-0-3的电压表或数字电压表。由于单电池可能有较大的内阻差异，所以不能简单地用总充电电压在单节上的平均值来作为单电池的端电压。充电开始时，测量电压的间隔时间可限3～4h，12h后应每小时测一次。初充电作业，要使原极板上的活性物质全部参加电化反应。

如果初充电时极板上的硫酸铅没有完全转化为PbO₂和Pb，那么在应用过程中的普通补充电作业，是不可能将那部分活化的。而且由于有粗大的PbSO₄晶种存在，就加速了极板的硫化。所以一定要充足电，充入的电量应为C₂₀的1.5～3倍容量，初充电的持续时间有时长达70h。若用电池容量表测得电池负载电压值不再增加时，充电即可停止。

极板初充电时活性物质反应的情况与极板化成时类同。如图2-1所示，在负极板上，初充电生成的活性铅是由极板表面向深处进行的，在板栅的每个小格中，已参加反应和未参加反应的物质之间的分界面，形成了一个几乎与极板表面相似的平面。当部分作用物质没有反应完毕之前，分界面总是不断地向作用物质深处移动。而正极板的初充是电化反应的作用面，是沿着整个极板厚度从板栅的筋条处开始的。那些离板栅筋条最远的作用物质最后参加充电反应。造成这种情况的主要原因是由于PbO₂、板栅合金、Pb三种物质的电阻率不一造成的。

PbO₂电阻率>板栅电阻率>Pb电阻率

电池充足电时，有下列特征。

①蓄电池的端电压和电解液的密度连续3h稳定不变。

②停止充电15min，再次充电时，立即有气泡从电池中冒出。在初充电作业中，电解液有一个由“清”变“混”再变“清”的过程。初加进电液时，由于电池反应剧烈，极板上某些物质溶进电解液中，极板中的一些添加剂，如炭黑之类，也会以悬浮状态进入电解液，于是电解液变“混”了。随着充电过程的进行，有的离子在电场力的作用下进入极板，充电时产生的氧将部分悬浮物氧化，这两种过程对电解液都起到净化作用。于是，电解液又由“混”逐步变“清”。这种现象，也可作为判断充电程度的一种依据。

以上所述，都是定性的判断。用电池容量表直接测量电池的保有容量数值，才是判断充电程度的定量依据。如果随充电时间的延长，电池的保有容量逐步增加，充电才是有益的；如果电池保有容量不再随充电过程而增加，这时的充电对电池是有害而无益的。如果电池内已发生极板断筋，活性物质大量脱落，该电池的保有容量只能达到与损伤程度相应的水平。所以，用电量表判定电池是否充足电时，与量值的大小无关，只取决于测得量值时是否仍在增加。第一次充电后若测得电池保有容量已达到甚至超过标称容量，则该电池可投入使用。20世纪50～60年代生产的蓄电池，曾有过6次充电5次放电的循环要求，当时也只有这样做，电池的才能达到额定值。随着工艺的进步，20世纪90年代，不少生产厂家已能达到“一次充电即达到标称容量”的水平，这为用户带来了很多便利。只有第一次充电没有达到标称容量时，才应进行下一次放电循环作业。

第一次放电作业，为了提高效率，可用5h率电流进行，电流应稳定，且要连续不间断地进行。在放电时，必须仔细地检查各单电池的端电压。开始放电时每隔1h测一次。当有一个单电池端电压达到1.8V时，应改为每隔15min测一次。当某单节降到1.70V时，放电停止。

第一次放电如果放电深度过大，会使第二次充电效果降低。如果某单节明显表现出温升高，容量低，就应将该单节从电池组中取出。容量的限度依据，已在1.5.3.1小节中讨论。

第二次充电应在第一次放电后立即进行，不能随意延长放电与充电之间的时间。第二次充电电流的选择，取决于电液的温度，温度的最高限制与第一次充电时一样。

第二次充电结束的判断依据，可参照第一次充电进行。如果电池内部没有异常损坏，是不需要调节电解液密度作业的。需要调密度时，应在充电状态下进行。如果在第二次充电后，电池容量仍达不到标称容量，就应再进行一次放充电循环。

在第三次充电后若仍达不到标称容量，蓄电池就应降等使用。

现把初充电工艺程序绘成图2-2。在图中的1～3点处，用CB表测量电池的保有容量，若已达到使用标准即可使用，不必一定要做完3次充电2次放电。