铅酸蓄电池固化条件的研究

1、铅酸蓄电池固化条件的研究作者： 阎新华史鹏飞加入时间： 2005-3-14 10:55:271 引言新技术、 新材料的使用，生产工艺的不断改进，以及基础理论研究的不断深入，极大地促进了铅酸蓄电池技术水平和产品质量的提高。其应用范围不断扩大，产量也不断增加。其产值占所有二次电池总量的70以上1，在二次电池中占有举足轻重的地位。然而， 不论是普通铅酸蓄电池还是阀控铅酸蓄电池都普遍存在着正极活性物质利用率较低、充电接受能力差、以及深放电循环寿命短的缺点，这就严重限制了铅酸蓄电池在某些场合的应用。而正极板的循环寿命在很大程度上依赖于生极板固化条件，特别重要的是生极板的固化温度。当固化温度不超过70时，

2、极板中主要形成3bs。通过电子显微镜观察发现，3bs 形成互相交联的坚实纤维结构，对极板的强度起着重要作用。当固化温度超过70时，晶粒较细的3bs 会转变为颗粒粗大的4bs，后者在化成中不易转化为pbo2，致使电池的初容量不高2。但 4bs 在蓄电池的循环过程中会逐渐转化为活性物质，这会明显延长电池的使用寿命。实验目的就是探讨固化温度对电池的容量和循环寿命的影响。2 实验内容2.1 生极板制造3、 4用 ph casna l 合金铸成38.8 mm 36.3 mm 1.5 mm 的板栅。 用表观密度约4.04.2 g cm3的铅膏涂板，控制每片板栅上的铅膏量接近10g。将极板分别在35、 75

3、、85 (湿度均为 100 )条件下固化24 h，再在 60下短时干燥生极板。2.2 熟极板制造将上述的生极板按1 正 2 负方式置于密度为1.05 g/cm3的硫酸溶液中，中间用pe 隔板隔开。放置0.5 h 后，以 200 ma 的电流化成，化成40 h 左右，单体槽压稳定在2.50v 左右，且3h 内不变时认为化成结束，熟极板制成。2.3 电极性能的测试将熟极板以一正二负方式置于密度为1.28 的硫酸溶液中，做成试验电池。再以200ma电流补充电2h。 正极板上有10g铅膏 (pbo2电化当量为4.463gah ， 电极的理论容量约为2.1 ah) 。正极活性物质利用率约50，其额定容量

4、按1.0 ah 计算，试验电池分别按3小时率 (300 ma) 、5 小时率 (200 ma )、10 小时率 (100 ma) 、20 小时率(50ma) 放电，放电终止电压为1.75 v 。记录放电电压时间曲线。计算放电容量和活性物质利用率。试验电池以100ma 恒流充电， 3 h 内电压无变化，充电结束。 当电极的容量低于其初始容量的 60时，停止充放电实验。2.4 生极板与熟极板的sem 分析实验中，对不同固化温度和不同状态的正极板进行扫描电镜(sem) 分析，以了解电极中物质颗粒的形貌和组织结构2.5 极板活性物质的x衍射 (xrd) 分析实验中，对化成后和循环后的正极板进行xrd

5、测试分析、以了解极板中各种物质的相对含量。3 实验结果分析讨论3.1 固化温度对电极初容量的影响图 1 给出了 3 种固化温度的电极的初始放电曲线。相应的放电容量分别为：1.08、0.96、0.85 ah 。图 l 3 种固化温的电极的初始放电电压时间曲线由此结果可以看出：电极制造时，固化温度升高，电极的初始容量下降。3.2 固化温度对电极活性物质利用率的影响不同固化温度对电极活性物质利用率的影响结果列于表1，由表 1 可知： 85固化的正极板，活性物质利用率在初期放电时低于常温固化的正极板，经过一定次数充放电后，其利用率要高于常温固化的正极板。3.3 固化温度对正电极寿命的影响图 2 给出了

6、固化温度对循环寿命的影响，结果表明：提高生极板固化温度，可以延长电极的循环寿命。图2 表明 85固化的电极的充放电次数比35固化的电极约多70 次。图 2 固化温度对电极寿命的影响3.4 固化后生极板的扫描电镜(sem) 分析3.4.1 生极板 sem 分析图 3 给出了不同固化温度下生极板的sem 的照片。图 3 不同固化温度下的生极板sem 照片由图 3 中照片可以看出：85固化的生极板中含有大量的针状晶粒，35固化的生极板中也有类似的针状晶粒，数量较少。极板中的这些颗粒结晶会对极板的性能产生重大影响，85固化的生极板中结晶颗粒连接良好，能稳定电极的结构，延长电极的循环寿命。图 4 给出了

7、化成后熟极板的sem 照片由图 4 看出： 低温固化后形成的熟极板相对于高温固化后形成的熟极板，活性物质晶粒致密，比表面积大。由照片也可以看出，已有较多高比表面积的6-pbo2晶粒生成。这一现象进一步证实：低温固化的正极板初容量较大。3.4.3 经过充放电循环后的极板sem 分析图 5 给出了经过循环后正极板活性物质的sem 图。图 5 经过充放电循环的极板分析由图 5 看出：图 a 的 pbo2颗粒疏松。说明经过充放电循环后，低温固化的极板中有活性物质软化脱落现象，而图b 的活性物质的块状颗粒比图a 大，颗粒之间的连接较好，有利于充放电的进行。这个结果支持“高温固化的电极的寿命较长”的观点。

8、3.5 不同固化温度以及不同状态下电极的xrd 测试分析对不同固化温度及循环后的正极板进行xrd 测试，结果见表2表 2 结果表明：高温固化的熟极板中pbo2较多，在循环后，仍有较多的。 pbo2留下。这说明： 尽管高温固化的极板初容量较低，但有较好的循环寿命。这与它的晶粒结构比较粗大、联结较好及 plo2含量较多有关。 pbo2在电极中起到传递电流、保持活性物质结构的良好作用。4 结论通过对不同固化温度的生极板组装的实验电池的初容量的测试及循环寿命实验，结合对电极表面形貌的sem 分析和微观活物质含量的xrd 测试得到如下结论；在高湿条件下，提高正极板固化温度。能有效提高正电极的循环寿命。但

9、其初容量有所降低。致谢在本文的撰写过程中，华寿南教授与本人进行了多次的交流、讨论，并给予了悉心的指导，在此表示衷心的感谢。参考文献1 d. 巴甫洛夫，新千年前十年铅酸蓄电池的发展方向. 电源技术， 2001，(1、 2)： 19； 1071162 徐品第 .柳厚田，铅酸蓄电池，上海科学技术文献出版社，19963 michael 、 young ，advanced formation techniques for small vria batteries，the battery man ，1999.41(5) ：56 694 d. pavlov. s. ruevski ， p. eifich ，