四堿式硫酸鉛質量分數對鉛酸蓄電池性能影響研究

張桂兵

(云南錫業錫化工材料有限責任公司 ，云南 個舊 661000)

目前，市場上使用的動力電池大部分為鉛酸蓄電池，主要由鉛粉及其它添加物質在鉛板柵上涂膏形成的正負極極板、隔板和電解液等組成。四堿式硫酸鉛是正極極板鉛膏和膏，固化干燥過程中由氧化鉛、硫酸和水在一定溫度和濕度條件下生成的主要中間產物，其含量高低直接影響正極極板孔隙率及鉛酸蓄電池的各項性能。通過模擬電池制作和平臺測試，考察不同四堿式硫酸鉛生成量對鉛酸蓄電池性能的影響[1-2]。

1 實驗部分

2.1 主要實驗儀器

鉛膏混合機(DAC 960-300),循環充放電測試儀(μC-XCF08 20A/48V)，循環充放電測試儀(μC-XCF08 10A/48V)，江蘇金帆電源科技有限公司；充放電機(CT-4008T-5V6A-S10，新威；水浴槽(DXL450)，臺州市信力電子設備有限公司；恒溫恒濕箱(LHS-100CH)，上海一恒科學儀器有限公司；高低溫箱(LRHS-504B-L)，上海林頻儀器股份有限公司 。

1.2 實驗過程

以鉛粉為主要原料，添加(質量分數)1%的四堿式硫酸鉛，0.2%石墨，0.1%纖維，11%水，8%稀硫酸為基礎配方，改變添加物質和硫酸量(8%～10%)，常溫條件下在鉛膏混和機上和膏 50 min 左右。板柵涂板，送入恒溫恒濕箱中固化干燥，改變固化溫度(45～65 ℃)及時間(2～48 h)，生成不同含量的四堿式硫酸鉛[3]。一部分板柵進行孔隙率測試，另一部分板柵分板配合負極極板，組裝模擬電池，加入電解液并進行電池化成，得到成品電池。電池容量、低溫容量、低溫啟動、充電接受等各性能測試按照GB/T 22199.1-2017、GB/T 32620.1-2016、JB/T 2666-2016、GBT 5008.1-2013相關要求進行。

2 結果與討論

2.1 極板四堿式硫酸鉛質量分數情況

按照1.2進行四堿式硫酸鉛生成實驗，得到四堿式硫酸鉛質量分數分別是10.4%、16.6%、18%、44%、57.4%、62.3%、70.5%、76.8%、84.9%的9組極板。

2.2 四堿式硫酸鉛質量分數對極板孔隙率影響

9組極板進行孔隙率測試，不同質量分數的四堿式硫酸鉛對極板孔隙率影響見圖1。

圖1 極板孔隙率情況

由圖1看出，極板的孔隙率隨著四堿式硫酸鉛質量分數的升高而升高，從36.18%升高到46.38%。

2.3 四堿式硫酸鉛質量分數對電池容量影響[4]

9組極板組裝模擬電池并進行容量測試，不同質量分數的四堿式硫酸鉛對電池 0.3 Ah 容量影響見圖2。

圖2 電池 0.3 Ah 容量情況

由圖2看出，電池 0.3 Ah 容量隨著四堿式硫酸鉛質量分數的升高而升高(18%四堿式硫酸鉛量除外，考慮電池組裝時輕微短路原因)，從 4.1869 Ah 到 7.4045 Ah，升高 3 Ah 以上。

2.4 四堿式硫酸鉛質量分數對電池低溫容量影響

9組極板組裝的模擬電池進行低溫容量測試，不同質量分數的四堿式硫酸鉛對電池低溫容量影響見圖3。

圖3 電池低溫容量情況

由圖3看出，電池低溫容量隨著四堿式硫酸鉛質量分數的升高而升高(18%和62.3%四堿式硫酸鉛量除外，考慮電池組裝時輕微短路和測試人為原因)，從 2.2592 Ah 到 3.8078 Ah ，升高高 1.5 Ah 以上。

2.5 四堿式硫酸鉛質量分數對電池低溫啟動性能影響

9組極板組裝的模擬電池進行低溫啟動測試，不同質量分數的四堿式硫酸鉛對電池低溫啟動性能影響見圖4。

由圖4看出，電池低溫啟動電壓降到一定值所堅持時間隨著四堿式硫酸鉛質量分數的升高而升高，從 57 S 到 219 S，升高 160 S 以上。

圖4 低溫啟動情況

2.6 四堿式硫酸鉛質量分數對充電接受影響

9組極板組裝的模擬電池進行充電接受測試，不同質量分數的四堿式硫酸鉛對電池充電接受影響見圖5。

圖5 充電接受情況

由圖5看出，四堿式硫酸鉛質量分數在44%時充電接受電流最大，為 1.5669 A，在57.4%時還能達到 1.507 A，但隨著四堿式硫酸鉛的質量分數不斷加大，充電接受電流逐漸降低，在84.9%時降到 1.0219 A。

2.7 四堿式硫酸鉛質量分數對容量衰減影響[5]

9組極板組裝的模擬電池進行3次容量測試，不同質量分數的四堿式硫酸鉛對電池容量衰減影響見表1。

由表1看出，在四堿式硫酸鉛質量分數小于44%時，第三次容量均上升，不存在衰減情況，當四堿式硫酸鉛質量分數大于57.4%時，第三次容量不斷下降，到84.9%時下降最快，衰減率超過30%。

表1 容量衰減情況

3 結論

鉛酸蓄電池正極極板在和膏、固化干燥過程中生成的四堿式硫酸鉛能影響極板孔隙率及電池的各項性能，隨著四堿式硫酸鉛質量分數的增加，極板孔隙率得到提高，并能有效提升電池容量、低溫容量、低溫啟動性能。四堿式硫酸鉛質量分數44%時能得到最佳的充電接受性能和容量衰減指標。綜合電池初期容量，低溫啟動等各項性能來看，四堿式硫酸鉛質量分數在44%～62.3%之間為最佳。在沒有模擬電池測試平臺條件時，極板四堿式硫酸鉛質量分數指標能很好指導鉛酸蓄電池配方研究。