铅酸电池添加剂简介

发布日期:2016-03-04 13:57:04   文章来源:山东久力集团
【字体大小:
 铅酸电池的负极铅膏中常少量地混入三种添加剂:
(1)(粒径 0.010.4μm,质量分数0.15%0.25%)
(2)有机材(一般是木素磺酸盐,质量分数 0.2%0.4%)(3)硫酸钡(质量分数 0.3%0.5%)这些添加剂能改善电池循环寿命,提高输出功率,尤其在低温条件下防止电极材料表面积收缩,俗称膨胀剂除了膨胀剂,电极内还需加入起阻化作用的添加剂,尽管添加剂在电极中的比重很小,但对电极性能的影响很大遗憾的是,至今为止研究者仍没有对每种添加剂的作用机理有深刻的认识,对其选择: 评估尚不能从理论上预知,仍然依靠实验
一般来说,硫酸钡可起到放电时硫酸铅的成核剂作用,而有机添加剂主要起到膨胀剂作用,可抑制颗粒增大与比表面减小炭黑的主要作用是改善电极电导率,增加极板孔隙率,并限制有机膨胀剂的团聚,实践证明少量的炭黑能改善电极的放电性能近期也有研究表明,在电极内混入较多的(量分数 2%或更多)炭粉炭片或炭纤维能显著提高极板电导率,以及铅酸电池在混合电动车(HEV)半充电状态下高倍率 放电(HRPSoC)工况下的性能炭质添加剂对正极板性能的影响尽管将炭材料混入正极板有被氧化的隐患,仍然有许多关于在正极添加炭材料的研究。多种炭材料具有迥异的性质一些炭材料在强氧化的环境下仍较稳定。
在各种常规炭材料中,石墨的耐氧化性较强。 据日本研究者 1987 年的报道,将 0.1%~2.0%(质量分数)的石墨(纯度99.6%)加入到铅酸电池正极材料中,既加了放电容量,还延长了寿命。X 射线衍射实验结果显示,在电池化成过程中硫酸氢根嵌入石墨形成化合物,这增加了电极的孔隙率,因此改善了酸性溶液对电极板的浸润。石墨的加入也使得放电时硫酸铅产物在极板不同厚度处分布的更为均匀。 有趣的是,该报道称,正极放电容量的改善程度随石墨颗粒的增大而增大,这与炭材料添加剂粒径对负极性能的影响规律恰好相反正极加入炭材料的另一个可能的作用机理是电渗析作用增强了电解液对电极板的浸润。电渗析是指液体在电场作用下相对于带电表面的流动行为。石墨加入正极材料后可被硫酸氢根离子嵌入内部,这增强了 Zeta 电位(指一个固 液界面固体和液体之间的电位)。由于铅酸电池电极材料处于正负极板间形成的电场之中,这满足了电渗析作用的条件,会带来电解液的流动,而电渗析流动速率与 Zeta 电位成正相关。 该领域需要深入的研究,才能将电渗析机制与炭材料添加剂带来的其它可能的作用分辨开来。
\
还有一些学者研究在正极中加入 0.2%~1.0%(质量分数)的炭黑添加剂,结果显示,质量分数为 0.2%的炭黑能改善正极的成型,但对循环性能作用不大[17]。 大约 60%的炭黑在化成过程中便被消耗,而剩下的也在初始几次循环后消失。 有趣的是,与不加炭黑相比,加入炭黑可增大化成工艺结束后α /β -PbO2 的比率和氧化铅的总量,而这归因于加炭黑使得化成时极板电导率较高,而且 PbO/α -PbO2 界面较大,使得更多的 PbO 直接转化成 α -PbO2。因此,α -PbO2 形成对应的低电压台阶被延长了。
而且,正极材料的形貌更加规则且多半由球状团聚体组成,这也表明电极是在较温和、 均匀的过饱和条件下,以及较低的电流密度下形成。
在正极板内加入炭纤维的工作也有报道,电池的容量和寿命均提高。炭纤维的作用机制可能也是为极板带来了孔隙,或者给活性物质提供了较好的机械支撑。由此可见,文献结果显示向正极板加入炭材料带来的容量或寿命的改善效果与炭材料的种类密切相关。加入炭黑的效果有限,而石墨和炭纤维的效果均较好。