梅魁主，李維俊，王志文

(武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064)

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超級(jí)鉛酸電池工藝研究

梅魁主，李維俊，王志文

(武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064)

摘 要：研究了在超級(jí)鉛酸電池負(fù)極中添加炭材料時(shí)，不同的添加方式對(duì)超級(jí)鉛酸電池容量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以膏體的形式添加的炭材料的超級(jí)鉛酸電池容量效果最好。

關(guān)鍵詞：超級(jí)鉛酸電池 炭材料 容量 工藝

0 引言

蓄電池具有較高的比能量，超級(jí)電容器具有很高的比功率，二者結(jié)合起來(lái)互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，做成超級(jí)電池[1]。由于鉛酸電池與超級(jí)電容器的正極相同，因此這兩個(gè)電極通過(guò)內(nèi)部的并聯(lián)就能夠結(jié)成一體，成為一個(gè)統(tǒng)一的正極。而組合后的負(fù)極則由一個(gè)超級(jí)電容電極和一個(gè)鉛酸負(fù)極構(gòu)成。第二代超級(jí)鉛酸電池將高比表面的炭材料摻入鉛負(fù)極，發(fā)揮高比表面炭材料的高導(dǎo)電性，并且對(duì)鉛基活性物質(zhì)起到分散作用，提高鉛基活性物質(zhì)的利用率，同時(shí)能抑制硫酸鉛晶體的長(zhǎng)大和失活。高比表面炭材料在高功率充放電和脈沖放電時(shí)可提供雙電層電容，減弱大電流對(duì)負(fù)極的破壞。而且可以使鉛負(fù)極內(nèi)部有多孔結(jié)構(gòu)，這有利于高功率充放電的時(shí)候電解液離子的快速遷移。但在第二代超級(jí)電池中，由于活性炭的加入，鉛膏自身的結(jié)合力隨之減弱，當(dāng)活性炭含量大于2 %時(shí)，如果不加入粘合劑，將會(huì)造成極板強(qiáng)度低，活性炭容易析出、脫落等問(wèn)題[2-4]。本實(shí)驗(yàn)研究了炭材料的不同加入方式對(duì)電池性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)電池的制備

實(shí)驗(yàn)用鉛酸蓄電池額定電壓2 V，10 h率額定容量10.000 Ah。本實(shí)驗(yàn)主要制作了四類電池：1）負(fù)極鉛膏中不加炭的原樣電池，2）負(fù)極鉛膏中加入炭粉的炭粉電池，3）負(fù)極鉛膏中加入炭膏的炭膏電池，4）極群中并聯(lián)炭板的炭板電池。實(shí)驗(yàn)方法參照國(guó)標(biāo)和企標(biāo)[5-9]。

1.1原樣電池的制備

將合好的正負(fù)極用鉛膏分別涂在對(duì)應(yīng)的正極鉛板柵和負(fù)極鍍鉛銅網(wǎng)上，涂板時(shí)應(yīng)盡量控制涂膏量，以便保持實(shí)驗(yàn)電池的均衡性。然后在固化干燥室中固化48 h、干燥24 h，干燥結(jié)束后正負(fù)極生干板一起化成，耗時(shí)24 h，最后再干燥24 h便可以裝配。極群焊接前正極板要套袋子，負(fù)極板要包膜，正負(fù)極板都要稱重并搭配好。原樣電池的制備工藝流程圖見(jiàn)圖1。

1.2炭粉電池的制備

炭粉電池的制備工藝與原樣電池的制備工藝基本相同，唯一的區(qū)別是合膏時(shí)在加入鉛粉的同時(shí)加入一定比例的炭粉。炭粉電池的制備工藝流程圖見(jiàn)圖2。

1.3炭膏電池的制備

將活性炭、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按計(jì)劃的比例加入攪拌器中，加入除離子水?dāng)嚢柚粮酄罴刺扛唷Ｈ缓箝_(kāi)始合鉛膏，當(dāng)鉛膏合膏結(jié)束前（10-15）min加入炭膏，混合均勻，即得到含有炭膏的鉛膏。然后同原樣電池的制備工藝流程一樣，涂板、固化干燥、化成干燥、正極板套袋子、負(fù)極板包膜、裝配。炭膏電池的制備工藝流程圖見(jiàn)圖3。

圖1 原樣電池制備流程圖

圖2 炭粉電池制備流程圖

圖3 炭膏電池制備流程圖

1.4炭板電池的制備

將活性炭、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按計(jì)劃的比例加入攪拌器中，加入除離子水?dāng)嚢柚粮酄罴刺扛?，然后把炭膏涂在鍍鉛銅網(wǎng)上，干燥形成炭板。炭板電池的制備工藝與原樣電池的基本相同，唯一的區(qū)別是在電池裝配時(shí)用一片或幾片炭板代替負(fù)極板。炭板電池的制備工藝流程圖見(jiàn)圖4。

2 不同類型電池容量實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

將完全充電的蓄電池在(25±5)℃環(huán)境中靜置（1-24）h后，分別按表1中的恒定電流連續(xù)放電，直至電池端電壓降至表1中相應(yīng)的終止電壓時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，按公式（1）計(jì)算超級(jí)鉛酸電池容量如表2，其折線圖如圖5。

式中：Ce—換算為25℃時(shí)的容量（Ah）；

t —放電開(kāi)始至放電終止時(shí)的平均溫度（℃）；

Ct—平均溫度為t℃時(shí)的容量（Ah）；

k—溫度系數(shù)，50 h率、20 h率、10 h率時(shí)，k=0.006；5 h率、3 h率、2 h率時(shí)，k=0.008；1 h率時(shí)，k=0.01。

圖1、圖2、圖3、圖4描繪了不同工藝方法制備的電池，其容量數(shù)據(jù)如表2，對(duì)應(yīng)的折線圖如圖5，由圖5可以看出，原樣及其超級(jí)鉛酸電池容量一般都超過(guò)其額定容量。

圖4 炭板電池制備流程圖

比較其他三種工藝制備的超級(jí)電池，可以看出，炭粉電池在大電流放電時(shí)容量比較高，但在5時(shí)率循環(huán)放電時(shí)，容量下降很快，分析其原因?yàn)椋箅娏鞣烹姇r(shí)，炭材料起到了一定的作用，但由于加入的是炭粉，沒(méi)有黏結(jié)劑，循環(huán)到一定周期后，炭材料變松甚至脫落，進(jìn)而導(dǎo)致活性物質(zhì)脫落，使容量下降。

炭膏電池容量穩(wěn)定，大電流放電效果好，加入的黏結(jié)劑避免了炭及活性物質(zhì)的脫落，有效提高了電池的容量和壽命。

炭板電池的容量一開(kāi)始就偏低，這是因?yàn)橛锰堪宕驺U負(fù)極板后，電池雖然能進(jìn)行大電流放電，但負(fù)極活性物質(zhì)不足，導(dǎo)致整體容量偏低。

表1 超級(jí)鉛酸電池不同時(shí)率的放電電流及終止電壓

表2 不同類型超級(jí)鉛酸電池容量

圖5 不同方法制備超級(jí)電池容量折線圖

3 小結(jié)

本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說(shuō)明，在鉛酸蓄電池的負(fù)極鉛膏中添加炭材料，能有效增加鉛酸電池容量，并且有利于大電流放電。加入炭材料時(shí)應(yīng)同時(shí)加入黏結(jié)劑防止炭材料和活性物質(zhì)的脫落。就本實(shí)驗(yàn)而言，炭膏好于炭粉。在制作并炭的炭板電池時(shí)，應(yīng)在不減少負(fù)極活性物質(zhì)的前提下并入炭板，這樣會(huì)在保證基本容量的前提下既有利于大電流充放電，又可延長(zhǎng)壽命。

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Study on Lead-acid Super Battery Technology

Mei Kuizhu,Li Weijun,Wang Zhiwen
(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion,Wuhan 430064,China)

Abstract：The effects of different adding methods on the capacity of lead-acid super batteries are studied.Experimental results show that the added carbon materials in the form of a paste of the lead-acid super battery capacity effect are the best.

Keywords：lead-acid super battery; carbon materials; capacity; technology

作者簡(jiǎn)介：梅魁主(1984-)，男，工程師。研究方向：化學(xué)電源。

收稿日期：2015-09-16

中圖分類號(hào)：TM912

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-4862（2016）02-0004-04