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        正極和膏酸量對(duì)起動(dòng)電池性能影響

        2021-09-01 14:26:36楊成斌呼夢(mèng)娟陳永順師笑樂(lè)
        蓄電池 2021年4期

        楊成斌,呼夢(mèng)娟,陳永順,師笑樂(lè)

        (河南超威正效電源有限公司,河南 沁陽(yáng) 454550)

        0 引言

        和膏工序是鉛酸蓄電池制造的關(guān)鍵工藝之一。鉛酸蓄電池的正極鉛膏是由鉛粉、水、稀硫酸溶液和添加劑混合攪拌制備而成的膏狀體。鉛膏需要合適的水分、表觀密度、針入度和相組成等參數(shù),來(lái)保證后續(xù)極板生產(chǎn)的順利性和良好的電池性能。和膏配方中鉛粉、水、酸和添加劑都不同程度地對(duì)鉛膏性能和電池性能有一定影響。對(duì)一定量的鉛膏來(lái)說(shuō),鉛膏所含酸量增加有以下影響:可以提高活性物質(zhì)孔隙率,但是會(huì)降低活性物質(zhì)的強(qiáng)度;降低鉛膏的表觀密度;使鉛膏凝固速度加快[1-2]。但是,柴樹(shù)松[3]指出:酸量過(guò)多時(shí),鉛膏可涂性差;增加酸量可使活性物質(zhì)孔率增加,利用率提升,在活性物質(zhì)質(zhì)量守恒時(shí),有利于容量的提高,卻對(duì)壽命起到相反的作用。既要兼顧工藝條件和產(chǎn)品性能,又要兼顧鉛膏含酸量、表觀密度、容量和壽命的關(guān)系,就需要選擇適當(dāng)?shù)乃崃?。本文中,筆者主要針對(duì)已有正極鉛膏配方設(shè)計(jì)試驗(yàn),尋找適當(dāng)?shù)乃崃俊?/p>

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 樣品制備

        采用密度為 1.400 g/cm3的硫酸溶液,設(shè)計(jì) 3個(gè)含酸量方案,分別為每 1000 kg 鉛粉添加 65 kg、80 kg、100 kg 硫酸(分別記為 A、B、C 方案),令配方中其他物質(zhì)的質(zhì)量都相同。按照三種方案采用相同 4BS 固化工藝生產(chǎn)生正極板,與相同的生負(fù)極板按照 6 正 6 負(fù)組裝,然后經(jīng)化成,制成 12 V 60 Ah SLI 電池。

        1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

        實(shí)驗(yàn)儀器有:X 射線衍射儀(Rigaku 公司生產(chǎn)的型號(hào) UltimaIV),其輻射源為 Cu 靶,管電壓 40 kV,管電流 40 mA,掃描范圍 15°~50°;掃描電子顯微鏡(型號(hào) FEI DQUANT450);蓄電池綜合性能測(cè)試儀(型號(hào) BNT 500-018-2ME)。

        1.3 電池性能測(cè)試

        對(duì)樣品電池,按照國(guó)標(biāo) GB/T 5008.1—2013 檢測(cè) 20 小時(shí)率容量、充電接受能力和循環(huán)耐久 I。

        2 結(jié)果和討論

        2.1 鉛膏表觀密度、生正極板成分和形貌

        由表 1 可見(jiàn),隨著和膏酸量增加,鉛膏表觀密度逐漸降低,和文獻(xiàn)[1,3]中結(jié)論一致。對(duì)實(shí)驗(yàn)正生極板進(jìn)行 XRD 檢測(cè)的結(jié)果如圖 1 所示。XRD 圖譜解析軟件為 MDI Jade 6.0。對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)卡片可以確定正生極板樣品中含有 PbO(標(biāo)準(zhǔn)卡片 05-0561)、3BS(標(biāo)準(zhǔn)卡片 29-0781)、4BS(標(biāo)準(zhǔn)卡片 23-0333)。通過(guò)外標(biāo)法粗略計(jì)算活性物質(zhì)中 3BS 和4BS 含量見(jiàn)表 1。隨著和膏所用硫酸溶液的量增加,固化后生極板中活性物質(zhì) 4BS 含量增加。方案C 中極板活性物質(zhì) 3BS 和 4BS 含量最高。實(shí)驗(yàn)正生極板進(jìn)行 SEM 檢測(cè)結(jié)果如圖 2 所示。隨著和膏用酸量增加,4BS 顆粒增多,顆粒尺寸變大趨勢(shì)。

        圖1 生正極板鉛膏 XRD 圖譜

        圖2 生極板中活性物質(zhì)形貌

        表1 極板活性物質(zhì)中 3BS 和 4BS 的含量

        2.2 容量

        電池容量數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2。鉛酸蓄電池的容量與活性物質(zhì)量、極板厚度、活性物質(zhì)孔率等有關(guān)[4]?;钚晕镔|(zhì)孔率多,鉛酸蓄電池容量高。隨著和膏酸量增加,活性物質(zhì)孔隙率增大,容量應(yīng)該變高,但是結(jié)合極板活性物質(zhì)中 3BS 和 4BS 的含量發(fā)現(xiàn),方案 A 極板和方案 B 極板活性物質(zhì)中 3BS 含量相當(dāng),容量也相當(dāng),分別為 62.3 Ah 和 62 Ah,而方案 C 極板活性物質(zhì)中 3BS 含量高,容量也高,為 63.3 Ah。電池容量升高主要?dú)w因于活性物質(zhì)的量的影響。

        2.3 充電接受能力

        按 GB/T 5008.1—2013 要求,充電接受能力(充電電流值 ICa與 I0的比值)不應(yīng)小于 2.0。A、B、C 三種方案電池的充電接受能力分別是 4.37、4.50 和 4.53,因此,隨著正極鉛膏中酸含量增加,電池充電接受能力稍微提高。

        2.4 循環(huán)壽命

        三種方案電池循環(huán)壽命如圖 3 所示,分別是269 次、284 次和 236 次。隨著和膏酸量的增加,電池循環(huán)壽命先提升后降低,對(duì)比 A 和 B 兩種方案的電池,推斷采用方案 B 的鉛酸電池循環(huán)壽命升高是 4BS 含量高起主要作用。文獻(xiàn)[3,5]提到,降低鉛膏表觀密度將會(huì)縮短電池壽命。隨著和膏酸量的增加,鉛膏表觀密度逐漸降低,對(duì)電池循環(huán)壽命不利。由此可以解釋?zhuān)壓尾捎梅桨?C 的鉛酸電池壽命最差。

        圖3 電池循環(huán)壽命曲線

        3 結(jié)論

        隨著正極和膏酸量增加,鉛膏表觀密度減小,極板固化后 4BS 顆粒增多且有變大趨勢(shì),容量稍微降低后升高,充電接受能力改善,循環(huán)壽命先升高后降低。綜合來(lái)說(shuō),選擇和膏方案 B 時(shí),即每 1000 kg 鉛粉添加 80 kg 硫酸溶液,電池性能相對(duì)較好。

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