霍玉龍，閆娜，王再紅，陳二霞，高鶴，孫海濤，李阿欣，陳志雪

（風(fēng)帆有限責(zé)任公司，河北 保定 071057）

0 引言

凝膠劑是以氣相白炭黑（SiO2）為基料，使用特殊技術(shù)研發(fā)而來(lái)，具有增稠、防結(jié)塊、控制體系流變和觸變等作用[1]。它既能在硫酸介質(zhì)中穩(wěn)定存在，又是具有觸變凝結(jié)特性的物質(zhì)。使用凝膠劑制備的電解液具有連續(xù)的三維結(jié)構(gòu)[2]，能有效抑制鉛酸蓄電池的電解液分層。在電解液中將凝膠劑作為添加劑會(huì)對(duì)動(dòng)力鉛酸蓄電池性能起到改善效果的作用[3-6]。凝膠劑雖然在鉛酸電池中應(yīng)用廣泛，但是關(guān)于其在富液式電池中應(yīng)用的研究卻是較少。本文中，筆者旨在研究凝膠劑對(duì)富液鉛酸蓄電池性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 凝膠劑對(duì)電解液性能的影響

采用A公司生產(chǎn)的固含量為20.0%的凝膠劑，按照表1制備實(shí)驗(yàn)樣品。凝膠電解液的凝膠時(shí)間與凝膠劑含量、硫酸濃度、溫度等相關(guān)。從圖1和表2可以看出，凝膠劑含量為2.5%、5.0%的電解液不能凝膠，并且凝膠劑含量為2.5%的電解液在靜置168h后發(fā)生了明顯的分層現(xiàn)象，即水化分層現(xiàn)象。隨著凝膠劑含量的增加，電解液的凝膠時(shí)間逐漸縮短。凝膠劑含量增加以后，分子間距減小。凝膠劑分子之間的硅氧鍵形成快、數(shù)量多，使電解液更容易凝膠[7]。

表1 凝膠劑在電解液中添加量

表2 凝膠劑含量與凝膠時(shí)間的關(guān)系

1.2 凝膠劑對(duì)鉛酸蓄電池性能的影響

1.2.1 電池靜置前后開(kāi)路電壓與內(nèi)阻的變化

采用表1中含凝膠劑電解液制備樣品電池（每種3只平行樣）。靜置3d后，測(cè)量電池的開(kāi)路電壓、內(nèi)阻。接著再靜置20d，再次測(cè)試電池的電壓、內(nèi)阻。圖2為樣品電池初始電壓，圖3為樣品電池初始內(nèi)阻，圖4為靜置20d后電壓和內(nèi)阻的變化曲線。雖然凝膠劑的添加量不同，但是電池的初始電壓都差不多。添加凝膠劑的電池初始內(nèi)阻比不含凝膠劑的電池稍大一些。靜置20d后，凝膠劑的含量雖然不同，但是對(duì)電池的電壓降幾乎沒(méi)有影響。添加凝膠劑的電池的內(nèi)阻變化明顯大于不含凝膠劑的電池，而且凝膠劑的添加量越大，電池的內(nèi)阻變化越大。引起內(nèi)阻變化的原因可能是，隨著凝膠劑的不斷凝膠，形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[8]。該凝膠結(jié)構(gòu)會(huì)在一定程度上阻礙離子的傳輸。

1.2.2 對(duì)電池容量的影響

從圖5可以看出，隨著凝膠劑含量的增加，電池的容量逐漸減小。隨著凝膠劑含量的增加，電解液的粘度增加，離子在膠體電解液內(nèi)部擴(kuò)散受阻，電池內(nèi)阻增大，副反應(yīng)能量消耗加大，進(jìn)而影響電池的放電容量。

1.2.3 對(duì)低溫放電性能的影響

由圖6可以看出，凝膠劑的加入顯著降低電池的低溫放電性能。凝膠劑含量為2.5%、5.0%、10.0%的電池的低溫放電曲線呈現(xiàn)出，隨著凝膠劑含量的增加，放電時(shí)間逐漸減少的趨勢(shì)。隨著凝膠劑的不斷凝膠，形成了致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該凝膠結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙離子的傳輸，在大電流放電時(shí)表現(xiàn)得更為明顯。

1.2.4 對(duì)水耗的影響

在60℃下，恒壓14.4V充電42d。每隔21d測(cè)量1次電池的重量變化。從圖7可以看出添加凝膠劑不會(huì)大幅度影響電池的水損耗性能，而且凝膠劑含量為5.0%、10.0%、20.0%時(shí)，電池的水損耗還較不含凝膠劑的電池有一定幅度的降低。可能的原因是，添加凝膠劑后，電解液更加均勻，減少了自放電。也可能是，充電電壓一定時(shí)，內(nèi)阻增大使有效充電電壓降低造成的。

1.2.5 對(duì)動(dòng)態(tài)充電接受能力的影響

圖8為凝膠劑含量不同的電池的動(dòng)態(tài)充電接受能力測(cè)試結(jié)果。凝膠劑含量為2.5%、5.0%時(shí)，電池的動(dòng)態(tài)充電接受能力受到的影響很小，只有在60%SOC下才會(huì)出明顯差異，但是凝膠劑含量為10.0%、20.0%時(shí)，由于內(nèi)阻增大，電池的動(dòng)態(tài)充電接受能力明顯降低。

1.2.6 對(duì)電解液分層的影響

對(duì)電池進(jìn)行10次容量循環(huán)測(cè)試。圖9為所示第10次容量放電結(jié)束后及充電后電池上下部的密度差。隨著凝膠劑含量的增加，10次容量循環(huán)測(cè)試后電解液上下部密度差逐漸減小，說(shuō)明凝膠劑的加入對(duì)電解液分層能起到很好的緩解作用。

2 結(jié)論

本文研究了添加不同含量的凝膠劑的電解液對(duì)鉛酸蓄電池性能的影響。得出以下結(jié)論：

（1）凝膠劑的含量對(duì)電解液物理性質(zhì)影響很大。隨著凝膠劑含量的增加，電解液的凝膠時(shí)間縮短，粘度增大，穩(wěn)定性增加，使得凝膠電解液更難以灌入電池。凝膠劑含量為2.5%時(shí)，電解液會(huì)出現(xiàn)水化分層現(xiàn)象，可能影響電池的性能。

（2）凝膠劑對(duì)電池的靜態(tài)內(nèi)阻和水損耗影響較小，但是隨著凝膠劑含量的增加，電池容量和低溫性能呈遞減趨勢(shì)。過(guò)高的凝膠劑添加量（10.0 %、20.0 %）會(huì)明顯降低電池的動(dòng)態(tài)充電接受能力。

（3）添加凝膠劑可以有效地減緩電解液的分層現(xiàn)象，而且隨著凝膠劑含量的增加緩解效果越來(lái)越好。