蓄电池负极断裂失效分析：专业解析与解决方案

一、蓄电池负极断裂失效分析案例背景

某极柱样品作为蓄电池引出端导体，使用 3.5 年后出现开裂甚至断裂，且失效仅发生在负极柱。极柱基材为 H62 黄铜，加工成型后镀 Ni 处理，蓄电池电解液为 1.25g/ml KOH 溶液。1#、2# 为 NG 样品，3# 为 OK 样品，需分析样品失效原因。

二、蓄电池负极断裂失效分析过程

1、外观检查

在光学显微镜下观察，1# 断裂样品呈黑色且有大量白色异物附着；2# 样品裂纹严重位置发现一处缺口。

2、SEM 检查

电镜下观察，1# 白色异物处存在大量结晶物质，黑色区域可见大量腐蚀产物堆积；2# 有严重的裂纹。

3、EDS 成分分析

EDS 分析结果显示，1# 样品白色异物和黑色区域都检测到大量 C、O、Na、K，应存在残留的电解液和其他杂质。黑色区域还检测到少量 P、S、Cl 等腐蚀性元素，且两个位置的 Cu/Zn 比值较 H62 黄铜显著偏低，此处存在 Zn 元素富集。2# 样品经 EDS 确认缺口位置 Ni 层脱落，同样发现腐蚀产物位置 Zn 含量富集，露基材位置则 Zn 含量偏低。

4、金相组织检测

抛光态下，1# 断裂样品断口区域存在大量二次裂纹，主裂纹扩展方向为从内螺纹往外螺纹方向，裂纹处发现大量灰色异物。同时发现极柱内螺纹未进行镀 Ni 处理，非断裂位置的内螺纹表层亦发现少量灰色异物，外螺纹位置则未发现灰色异物。3#OK 样未见明显异常，其内螺纹亦未进行镀 Ni 处理，仅外螺纹镀 Ni。抛光后 EDS 检测成分显示，1# 断裂样品灰色异物成分主要为 C、O、Cu，存在少量 K 元素，Zn 含量偏低，仅为 2.78%。1# 断裂样品和 3#OK 样品基材成分未见明显异常。腐蚀态下，1# 断裂样品和 3#OK 样品组织均为连续α相基体中沿拉伸方向分布的条块状β相，未见明显组织异常。

蓄电池负极断裂失效分析

5、维氏硬度检测

维氏硬度检测结果表明，1# 断裂样品和 3#OK 样品硬度未见明显差别。

三、蓄电池负极断裂失效分析结论

极柱样品开裂位置检测到大量 K 元素，蓄电池在使用过程中应存在 KOH 电解液泄漏现象。清洗后断口局部位置可见冰糖状形貌，断裂应属于脆性断裂。因样品内螺孔未镀镍保护，2# 断样品存在镀 Ni 层破损，KOH 电解液泄漏后直接接触到基材。负极柱处于蓄电池负极，易在使用过程中失电子发生氧化反应，同时 Zn 电位较 Cu 低，从而产生脱锌腐蚀。Cu 元素则在碱性环境下发生吸氧腐蚀形成黑色 CuO，基材脱锌后影响了材料致密性，降低了材料的力学性能。电解液吸附环境中的 P、S、Cl 等腐蚀性元素，在拉应力作用下（极柱螺纹紧固时存在拉应力），最终发生应力腐蚀开裂。综上，样品失效为电解液泄漏、内螺孔未镀 Ni 保护或镀 Ni 层破损，同时在电极作用下引发的应力腐蚀开裂。

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