2.1　初充電

通常蓄電池開箱后的第一次充電叫初充電。對需要注入電解液的電池都有“初充電”工藝環節。這里所說的初充電是包括從啟封到電池正式投入使用這段時間內對電池的全部充放電作業。初充電的目的，就是在電池正極板上造成PbO₂，在負極板上造成海綿狀Pb。初充電的好壞，直接影響著電池的實際容量和使用壽命。對不同類型的電池，其初充電的要求是不一樣的。對“干荷電”電池，初充電要求詳見1.3.8小節所述。對固定型電池，詳見2.7小節。未加過電解液的電池在存放期內，極板上就有硫酸鉛（PbSO₄），這是在裝配電池時就有的，另外在存放期內，負極Pb由于自放電而生成一部分PbO。在電池存放期內，由于環境溫度的變化，電池有“呼吸”過程：受熱時，電池內的空氣有一部分排出電池殼；遇冷時，外部空氣會被吸入電池。這種“呼吸”就把潮氣帶入電池，如果存放期過長，在水分的作用下，電池的自放電加劇，就會相互聯結而形成致密而又粗大的晶粒。通常電池出廠時注液孔用金屬膜熱粘封，就是為了防止或減緩這種損傷。通常規定從出廠之日到開箱使用的時間不超過一年，即只經過一個雨季。所以購置和儲運時要注意，如果原極板干燥狀態良好，存放期內無潮氣浸入，存放兩年對電池的質量也無妨。氣溫高、溫度大的南方與寒冷干燥的北方相比，同一儲存期內對電池的損傷程度完全不同。

電池開箱之后，首先檢查外殼頂蓋有無裂損，如有裂損，用環氧樹脂即可牢靠地粘補好。最初若不檢查，一旦注入電解液才發現有裂損，損失就難挽回了，原因如下。

①電池外殼裂損處被電解液浸漬，用清水無法洗干凈，粘補面無法達到粘補工藝要求的清潔程度。

②電解液一注入電池，極板即發生反應，在粘補工作進行的時間內，電池已受到硫化損傷，這種損傷用普通充電的方式是難以挽回的。將電池放在通風良好的工作場所，注入配制好的電解液，電解液的溫度越低越好。過高的電解液溫度會造成電池的熱損傷。

a.電池內的塑料隔板和外殼易發生變形，PVC塑料隔板在高溫下會加劇其降解，放出氯離子，損害電池極板。

b.電池的極板合金多是鉛銻合金，高溫會引起合金結晶熱錯位，使其耐腐蝕性降低。

所以電池的工作溫度通常都規定在45℃以下。注入電解液的溫度越低，電池的溫升就越低，對電池造成熱損傷的可能性就越小。

在蓄電池投入使用后的日常保養中，一般只補加水，而不加酸。所以第一次加入蓄電池的酸就是以后使用中蓄電池所需的酸含量，此值不能取高。許多研究表明，當酸的密度取大于1.26g/cm³時，由于板柵腐蝕加快，極板上的活性物質脫落就急劇增加。在許多情況下，硫酸電解液對蓄電池的損壞要比生產工藝條件變化所造成的后果更為直接一些，在汽車蓄電池中，硫酸電化學腐蝕所造成的損壞比充放電循環造成的正常損壞要大得多。

在蓄電池制造中，極板化成之后，從化成槽取出極板時，由于正極板上PbO₂中的鉛已處于Pb⁴⁺狀態，所以不會再與空氣中的氧發生反應。但負極上的海綿狀Pb卻處于高度活化狀態，它能自發地與空氣中的氧發生氧化反應。

2Pb+O₂2PbO+Q

這個反應放出了熱量，而且在極板潮濕時的速率要比干燥時快得多。反應生成的PbO又繼續與毛細孔中的酸反應生成PbSO₄。

PbO+H₂SO₄PbSO₄+H₂O+Q

這個反應再次放出了熱量。為了防止反應放出的熱強度過高而損傷極板，須在化成槽里先放一部分電，即保護性放電，使極板的表面生成一層硫酸鉛；同時，從化成槽里取出負極板時，立即浸在純水中，將極板毛細孔中的酸浸出，這樣做可以減緩放熱反應的熱強度。

在潮濕的條件下，正極板還能與CO₂發生反應。

2PbO₂+2CO₂PbCO₃+2O₂

這種反應使正極板失去活化容量。在極板組裝及電池儲運的過程中，上述反應始終在進行。為了把這種有害反應降到最低點，極板應盡量保持干燥，把加水帽上的出氣孔密封起來，以防止空氣中的氧和潮氣侵入。

向蓄電池中注入硫酸，硫酸與負極板上的PbO反應生成細粒的PbSO₄，反應放出熱量，使電池的溫度上升。同時電解液的密度下降，負極板氧化越嚴重，注入電解液后的電池溫升越高，電液的密度下降也越多。如果在注酸后短時間內不進行充電，就使附在極板表面上的細粒硫酸鉛逐漸變大，數量逐漸增多，且深入極板內部，使充電作業變得困難。

從以上分析可知，初充電的過程，主要是恢復負極板活性的過程。電能向化學能的轉化，也主要在負極上發生。初充電雖然也有正極板的深化反應，但主要是負極板的單極板反應，這不同于日常的補充性充電。所以初充電的電流轉換效率很低，電池也容易發熱。由于極板上原來就有PbSO₄，所以在初充電后期，測得的電解液密度將比注入電解液的密度高0.02～0.04。初充電時，蓄電池中的PbSO₄是在儲存過程中由于小電流自放電形成的，所以晶粒粗大，活性面積小。這時電池內阻較大，充電時溫升較快，因此充電電流不能取大。

第一次充電，通常用兩個電流值進行。第一階段用0.05C₂₀～0.1C₂₀來進行。“C₂₀”為20h率放電時的標稱容量。在這個階段將電池充到每個單節2.3～2.4V為止。第二階段的充電電流比第一階段的充電電流小1/2。降低充電電流的目的，是為了減少電池溫升和氣體的析出。

在充電的整個過程中，必須仔細地檢查，確保各單電池的電解液溫度不超過45℃。在充電開始時，各單電池的電解液溫度應每隔1～2h測一次，然后選一個電解液溫度最高的單電池，作為電池組的最高溫升代表。當電池已開始明顯有氣體析出時，在充電狀態下，用電壓表挑選其端電壓最高的單節作為領示電池。一般來說，這個電池的電液溫升也最高。用這種方法確定領示電池，準確且方便。

在第一階段充電時，電流接收率很低，應用0.05C₂₀的電流先充一段時間，其原則是將電解液溫度控制在40℃以下。如上升到40℃，應將電流減少；如溫度上升到45℃，應停止充電，待電解液溫度降低后，再進行充電。電解液溫升過高會使極板上活性物質大量脫落，造成蓄電池的永久性損壞。實際上，充電電流的大小主要是受電解液溫升和氣體析出量制約的，只要溫度不超過40℃，氣體出量不大，這時電流能量轉換成化學能的比例很高，取多大電流也無妨。快速充電就是基于這個先決條件設計的。

充電過程中，用電壓表測量蓄電池端電壓時，不應斷開充電電流。最好用3-0-3的電壓表或數字電壓表。由于單電池可能有較大的內阻差異，所以不能簡單地用總充電電壓在單節上的平均值來作為單電池的端電壓。充電開始時，測量電壓的間隔時間可限3～4h，12h后應每小時測一次。初充電作業，要使原極板上的活性物質全部參加電化反應。

如果初充電時極板上的硫酸鉛沒有完全轉化為PbO₂和Pb，那么在應用過程中的普通補充電作業，是不可能將那部分活化的。而且由于有粗大的PbSO₄晶種存在，就加速了極板的硫化。所以一定要充足電，充入的電量應為C₂₀的1.5～3倍容量，初充電的持續時間有時長達70h。若用電池容量表測得電池負載電壓值不再增加時，充電即可停止。

極板初充電時活性物質反應的情況與極板化成時類同。如圖2-1所示，在負極板上，初充電生成的活性鉛是由極板表面向深處進行的，在板柵的每個小格中，已參加反應和未參加反應的物質之間的分界面，形成了一個幾乎與極板表面相似的平面。當部分作用物質沒有反應完畢之前，分界面總是不斷地向作用物質深處移動。而正極板的初充是電化反應的作用面，是沿著整個極板厚度從板柵的筋條處開始的。那些離板柵筋條最遠的作用物質最后參加充電反應。造成這種情況的主要原因是由于PbO₂、板柵合金、Pb三種物質的電阻率不一造成的。

PbO₂電阻率>板柵電阻率>Pb電阻率

電池充足電時，有下列特征。

①蓄電池的端電壓和電解液的密度連續3h穩定不變。

②停止充電15min，再次充電時，立即有氣泡從電池中冒出。在初充電作業中，電解液有一個由“清”變“混”再變“清”的過程。初加進電液時，由于電池反應劇烈，極板上某些物質溶進電解液中，極板中的一些添加劑，如炭黑之類，也會以懸浮狀態進入電解液，于是電解液變“混”了。隨著充電過程的進行，有的離子在電場力的作用下進入極板，充電時產生的氧將部分懸浮物氧化，這兩種過程對電解液都起到凈化作用。于是，電解液又由“混”逐步變“清”。這種現象，也可作為判斷充電程度的一種依據。

以上所述，都是定性的判斷。用電池容量表直接測量電池的保有容量數值，才是判斷充電程度的定量依據。如果隨充電時間的延長，電池的保有容量逐步增加，充電才是有益的；如果電池保有容量不再隨充電過程而增加，這時的充電對電池是有害而無益的。如果電池內已發生極板斷筋，活性物質大量脫落，該電池的保有容量只能達到與損傷程度相應的水平。所以，用電量表判定電池是否充足電時，與量值的大小無關，只取決于測得量值時是否仍在增加。第一次充電后若測得電池保有容量已達到甚至超過標稱容量，則該電池可投入使用。20世紀50～60年代生產的蓄電池，曾有過6次充電5次放電的循環要求，當時也只有這樣做，電池的才能達到額定值。隨著工藝的進步，20世紀90年代，不少生產廠家已能達到“一次充電即達到標稱容量”的水平，這為用戶帶來了很多便利。只有第一次充電沒有達到標稱容量時，才應進行下一次放電循環作業。

第一次放電作業，為了提高效率，可用5h率電流進行，電流應穩定，且要連續不間斷地進行。在放電時，必須仔細地檢查各單電池的端電壓。開始放電時每隔1h測一次。當有一個單電池端電壓達到1.8V時，應改為每隔15min測一次。當某單節降到1.70V時，放電停止。

第一次放電如果放電深度過大，會使第二次充電效果降低。如果某單節明顯表現出溫升高，容量低，就應將該單節從電池組中取出。容量的限度依據，已在1.5.3.1小節中討論。

第二次充電應在第一次放電后立即進行，不能隨意延長放電與充電之間的時間。第二次充電電流的選擇，取決于電液的溫度，溫度的最高限制與第一次充電時一樣。

第二次充電結束的判斷依據，可參照第一次充電進行。如果電池內部沒有異常損壞，是不需要調節電解液密度作業的。需要調密度時，應在充電狀態下進行。如果在第二次充電后，電池容量仍達不到標稱容量，就應再進行一次放充電循環。

在第三次充電后若仍達不到標稱容量，蓄電池就應降等使用。

現把初充電工藝程序繪成圖2-2。在圖中的1～3點處，用CB表測量電池的保有容量，若已達到使用標準即可使用，不必一定要做完3次充電2次放電。