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。通過模擬電池制作和平臺(tái)測試，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)充放電測試儀(μC-XCF08 20A/48V)，循環(huán)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(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)性能來看，四堿式硫酸鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)在44%～62.3%之間為最佳。在沒有模擬電池測試平臺(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。