呼夢(mèng)娟, 程志明, 王博, 韓勝博
(河南超威正效電源有限公司, 河南 沁陽 454550)
二氧化硅在鉛蓄電池的發(fā)展中起到舉足輕重的作用,是鉛蓄電池首選凝膠劑[1,2]。二氧化硅在鉛蓄電池中的應(yīng)用愈來愈廣泛。多孔添加劑可以增強(qiáng)活性物質(zhì)的孔隙率[3]。二氧化硅蓬松多孔,有較強(qiáng)的吸附性能,可以充當(dāng)反應(yīng)時(shí)的儲(chǔ)酸器,提高酸供應(yīng)能力[4]。質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的二氧化硅添加到正極鉛膏中,高放電倍率的容量損失最小[5]。付穎達(dá)[6]將炭黑和氣相二氧化硅添加到負(fù)極,提高負(fù)極孔隙率,能有效改善化成電壓,提高化成效率。二氧化硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不溶于水也不跟水反應(yīng)。氣相二氧化硅與水反應(yīng)形成原硅酸,由于硅酸的熱穩(wěn)定性,脫水形成硅氧烷,然后通過氫鍵和硫酸形成具有三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的硅膠。這種觸變膠體是一種半剛性的固體,具有一定的結(jié)構(gòu),當(dāng)受到一定的外力作用時(shí),凝膠(半流動(dòng)的膠體)就會(huì)自由流動(dòng),所以加到負(fù)極中,能起到造孔的作用。國內(nèi)外研究成果表明:將二氧化硅添加到正負(fù)鉛膏中,電池性能得到提升。
本實(shí)驗(yàn)從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā),對(duì)比不同性價(jià)比(進(jìn)口和國產(chǎn))的二氧化硅對(duì)電池性能的影響。選擇合適的二氧化硅。
1.1 正極板和電池制備
極板的制備完全按照公司既定工藝進(jìn)行。正負(fù)極板鉛膏采用和膏機(jī)進(jìn)行和制,正鉛膏中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的二氧化硅,負(fù)鉛膏中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的二氧化硅。正負(fù)鉛膏中同時(shí)加入進(jìn)口二氧化硅,按正8負(fù)7組裝成12V70Ah電池;另一組正負(fù)鉛膏添加國產(chǎn)鉛膏,組裝成電池。添加進(jìn)口二氧化硅的生極板和電池都記為A;添加國產(chǎn)二氧化硅的生極板和電池都記為B。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
生極板跌落強(qiáng)度:首先將生正極板稱重記為m0,然后將其涂膏面向下,從1m的高處水平著自由跌落在平整干燥的臺(tái)面上,跌落8次后再稱記為m1,按公式(1)計(jì)算生正板跌落強(qiáng)度σss。
(1)
游離 Pb:稱取研磨均勻的鉛膏2g左右,放入250ml的錐形瓶,將30g乙酸銨和5ml醋酸用去離子水配置成100ml的溶液放入錐形瓶,充分?jǐn)嚢杓訜嶂蠓?5min,充分洗滌金屬鉛直至無鉛離子(用Na2S檢驗(yàn)不變色),然后在原燒杯中加入(1+4)硝酸溶液100mL,煮沸約10min,直到鉛離子全部溶解,用快速濾紙過濾到250ml的容量瓶中,用去離子水清洗至無鉛離子(用Na2S檢驗(yàn)),定容。用移液管準(zhǔn)確移取25ml濾液放入250ml的錐形瓶中,加1g~2g酒石酸鉀納,用氨水將PH值調(diào)至5~7,加0.3g甲基百里酚藍(lán)指示劑,用0.01mol/L的EDTA滴定,直到顏色變?yōu)闇\灰黑色(經(jīng)由藍(lán)色-粉色-灰黑色),即為滴定終點(diǎn),記錄EDTA消耗的體積V,按公式(2)計(jì)算。
(2)
式中:M—EDTA二鈉鹽標(biāo)準(zhǔn)液的濃度,單位為mol/L;
V—滴定時(shí)消耗EDTA的體積,單位為ml;
m—樣品質(zhì)量,單位為g;
207.2—Pb的分子量,單位為g/mol。
1.3 電池性能測(cè)試
容量檢測(cè)按照國標(biāo)VW75073中7.1進(jìn)行20小時(shí)率容量檢測(cè)C20。低溫起動(dòng)性能按照國標(biāo)VW75073中7.2中-18℃低溫起動(dòng)能力試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。27℃、17.5%DOD按照國標(biāo)VW75073中7.7進(jìn)行檢測(cè),60℃、17.5%DOD按照國標(biāo)VW75073中7.10進(jìn)行檢測(cè),25℃、17.5%DOD按照國標(biāo)VW75073中7.14進(jìn)行檢測(cè)。
2.1 兩種二氧化硅檢測(cè)結(jié)果
A、B兩種二氧化硅的基本性能對(duì)比(見表1)。由檢測(cè)結(jié)果可以看出,進(jìn)口二氧化硅(價(jià)格昂貴)比國產(chǎn)二氧化硅(價(jià)格便宜)的吸油量稍低,其他檢測(cè)性能基本一致。
表1 兩種二氧化硅物理性能對(duì)比
2.2添加兩種不同二氧化硅正負(fù)極板性能對(duì)比
圖1 添加兩種二氧化硅極板的性能對(duì)比
添加兩種二氧化硅生極板的性能對(duì)比見圖1。由圖1可以看出,添加兩種不同二氧化硅的生極板,游離鉛含量相差不大,推斷添加這兩種二氧化硅對(duì)極板固化階段鉛氧化過程影響的差異性小。極板跌落強(qiáng)度小,板柵和活性物質(zhì)結(jié)合力強(qiáng),添加進(jìn)口二氧化硅正極板的跌落強(qiáng)度小于添加國產(chǎn)二氧化硅正極板,負(fù)極板亦然,即添加進(jìn)口二氧化硅極板的板柵和活性物質(zhì)結(jié)合力更強(qiáng)。
2.3 添加兩種不同二氧化硅電池性能對(duì)比
2.3.1 容量和低溫性能
C20放電的三次初始容量見圖2。添加二氧化硅電池A和B各四只,檢測(cè)三次容量,三次容量均能達(dá)到額定容量,容量均呈現(xiàn)遞減規(guī)律,添加進(jìn)口二氧化硅電池A容量遞減更快,而添加國產(chǎn)二氧化硅電池B容量遞減緩慢,性能更好。
圖2 添加兩種二氧化硅電池的容量性能對(duì)比
低溫起動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2,由表看出, A、B電池的低溫起動(dòng)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)VW75073,A電池放電時(shí)間在129s-131s,B電池放電時(shí)間在120s-123s, 添加進(jìn)口二氧化硅電池的低溫性能更好。
表2 添加兩種二氧化硅電池的低溫性能對(duì)比
2.3.2 17.5%DOD循環(huán)壽命檢測(cè)
在17.5%深度循環(huán)性能檢測(cè)結(jié)果見表3,27℃,17.5%DOD放電性能見圖3,VW75073要求不小于18單元,A、B電池均達(dá)不到要求,但是添加國產(chǎn)二氧化硅電池好于添加進(jìn)口二氧化硅電池。60℃、17.5%DOD放電性能見圖3,VW75073要求不小于12單元,A、B電池均滿足要求,但是添加國產(chǎn)二氧化硅電池好于添加進(jìn)口二氧化硅電池。VW 7.14檢測(cè)結(jié)果顯示,添加進(jìn)口二氧化硅電池A循環(huán)次數(shù)842次,小于VW7.14要求的1020次;而添加國產(chǎn)二氧化硅電池A循環(huán)次數(shù)1229次,滿足要求??傮w來說, 17.5%DOD檢測(cè)項(xiàng)目結(jié)果顯示:添加國產(chǎn)二氧化硅電池性能好于添加進(jìn)口二氧化硅電池性能。
表3 添加兩種二氧化硅電池17.5%DOD檢測(cè)結(jié)果
圖3 添加兩種二氧化硅電池17.5%DOD放電性能的對(duì)比
3.1添加進(jìn)口二氧化硅正負(fù)極板的板柵和活性物質(zhì)結(jié)合力比添加國產(chǎn)二氧化硅強(qiáng);添加進(jìn)口二氧化硅電池的低溫性能比添加國產(chǎn)二氧化硅更好。
3.2添加國產(chǎn)二氧化硅電池的初始容量穩(wěn)定,相應(yīng)地,添加國產(chǎn)二氧化硅電池17.5%DOD循環(huán)放電性能比添加進(jìn)口二氧化硅電池更好。
3.3綜合添加兩種不同二氧化硅電池性能,得出可以選擇價(jià)格便宜的國產(chǎn)二氧化硅替代進(jìn)口二氧化硅用于起停鉛蓄電池,但是需要進(jìn)一步提高起停鉛蓄電池的低溫性能和27℃、17.5%DOD循環(huán)放電性能。
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