四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鉛酸蓄電池性能影響研究

張桂兵

(云南錫業(yè)錫化工材料有限責(zé)任公司 ，云南 個(gè)舊 661000)

目前，市場(chǎng)上使用的動(dòng)力電池大部分為鉛酸蓄電池，主要由鉛粉及其它添加物質(zhì)在鉛板柵上涂膏形成的正負(fù)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(guò)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(chǎn)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(xiàng)性能。通過(guò)模擬電池制作和平臺(tái)測(cè)試，考察不同四堿式硫酸鉛生成量對(duì)鉛酸蓄電池性能的影響[1-2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器

鉛膏混合機(jī)(DAC 960-300),循環(huán)充放電測(cè)試儀(μC-XCF08 20A/48V)，循環(huán)充放電測(cè)試儀(μC-XCF08 10A/48V)，江蘇金帆電源科技有限公司；充放電機(jī)(CT-4008T-5V6A-S10，新威；水浴槽(DXL450)，臺(tái)州市信力電子設(shè)備有限公司；恒溫恒濕箱(LHS-100CH)，上海一恒科學(xué)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(shí)驗(yàn)過(guò)程

以鉛粉為主要原料，添加(質(zhì)量分?jǐn)?shù))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(chǔ)配方，改變添加物質(zhì)和硫酸量(8%～10%)，常溫條件下在鉛膏混和機(jī)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(shí)間(2～48 h)，生成不同含量的四堿式硫酸鉛[3]。一部分板柵進(jìn)行孔隙率測(cè)試，另一部分板柵分板配合負(fù)極極板，組裝模擬電池，加入電解液并進(jìn)行電池化成，得到成品電池。電池容量、低溫容量、低溫啟動(dòng)、充電接受等各性能測(cè)試按照GB/T 22199.1-2017、GB/T 32620.1-2016、JB/T 2666-2016、GBT 5008.1-2013相關(guān)要求進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 極板四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)情況

按照1.2進(jìn)行四堿式硫酸鉛生成實(shí)驗(yàn)，得到四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)極板孔隙率影響

9組極板進(jìn)行孔隙率測(cè)試，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的四堿式硫酸鉛對(duì)極板孔隙率影響見(jiàn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而升高，從36.18%升高到46.38%。

2.3 四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)電池容量影響[4]

9組極板組裝模擬電池并進(jìn)行容量測(cè)試，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的四堿式硫酸鉛對(duì)電池 0.3 Ah 容量影響見(jiàn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而升高(18%四堿式硫酸鉛量除外，考慮電池組裝時(shí)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(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)電池低溫容量影響

9組極板組裝的模擬電池進(jìn)行低溫容量測(cè)試，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的四堿式硫酸鉛對(duì)電池低溫容量影響見(jiàn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí)輕微短路和測(cè)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(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)電池低溫啟動(dòng)性能影響

9組極板組裝的模擬電池進(jìn)行低溫啟動(dòng)測(cè)試，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的四堿式硫酸鉛對(duì)電池低溫啟動(dòng)性能影響見(jiàn)圖4。

由圖4看出，電池低溫啟動(dòng)電壓降到一定值所堅(jiān)持時(shí)間隨著四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而升高，從 57 S 到 219 S，升高 160 S 以上。

圖4 低溫啟動(dòng)情況

2.6 四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)充電接受影響

9組極板組裝的模擬電池進(jìn)行充電接受測(cè)試，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的四堿式硫酸鉛對(duì)電池充電接受影響見(jiàn)圖5。

圖5 充電接受情況

由圖5看出，四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)在44%時(shí)充電接受電流最大，為 1.5669 A，在57.4%時(shí)還能達(dá)到 1.507 A，但隨著四堿式硫酸鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷加大，充電接受電流逐漸降低，在84.9%時(shí)降到 1.0219 A。

2.7 四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)容量衰減影響[5]

9組極板組裝的模擬電池進(jìn)行3次容量測(cè)試，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的四堿式硫酸鉛對(duì)電池容量衰減影響見(jiàn)表1。

由表1看出，在四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于44%時(shí)，第三次容量均上升，不存在衰減情況，當(dāng)四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于57.4%時(shí)，第三次容量不斷下降，到84.9%時(shí)下降最快，衰減率超過(guò)30%。

表1 容量衰減情況

3 結(jié)論

鉛酸蓄電池正極極板在和膏、固化干燥過(guò)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(xiàng)性能，隨著四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(dòng)性能。四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)44%時(shí)能得到最佳的充電接受性能和容量衰減指標(biāo)。綜合電池初期容量，低溫啟動(dòng)等各項(xiàng)性能來(lái)看，四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)在44%～62.3%之間為最佳。在沒(méi)有模擬電池測(cè)試平臺(tái)條件時(shí)，極板四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)指標(biāo)能很好指導(dǎo)鉛酸蓄電池配方研究。