超級鉛酸電池工藝研究

梅魁主，李維俊，王志文

(武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064)

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超級鉛酸電池工藝研究

梅魁主，李維俊，王志文

(武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064)

摘 要：研究了在超級鉛酸電池負極中添加炭材料時，不同的添加方式對超級鉛酸電池容量的影響，實驗結(jié)果表明，以膏體的形式添加的炭材料的超級鉛酸電池容量效果最好。

關(guān)鍵詞：超級鉛酸電池 炭材料 容量 工藝

0 引言

蓄電池具有較高的比能量，超級電容器具有很高的比功率，二者結(jié)合起來互相取長補短，做成超級電池[1]。由于鉛酸電池與超級電容器的正極相同，因此這兩個電極通過內(nèi)部的并聯(lián)就能夠結(jié)成一體，成為一個統(tǒng)一的正極。而組合后的負極則由一個超級電容電極和一個鉛酸負極構(gòu)成。第二代超級鉛酸電池將高比表面的炭材料摻入鉛負極，發(fā)揮高比表面炭材料的高導(dǎo)電性，并且對鉛基活性物質(zhì)起到分散作用，提高鉛基活性物質(zhì)的利用率，同時能抑制硫酸鉛晶體的長大和失活。高比表面炭材料在高功率充放電和脈沖放電時可提供雙電層電容，減弱大電流對負極的破壞。而且可以使鉛負極內(nèi)部有多孔結(jié)構(gòu)，這有利于高功率充放電的時候電解液離子的快速遷移。但在第二代超級電池中，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，如果不加入粘合劑，將會造成極板強度低，活性炭容易析出、脫落等問題[2-4]。本實驗研究了炭材料的不同加入方式對電池性能的影響。

1 實驗電池的制備

實驗用鉛酸蓄電池額定電壓2 V，10 h率額定容量10.000 Ah。本實驗主要制作了四類電池：1）負極鉛膏中不加炭的原樣電池，2）負極鉛膏中加入炭粉的炭粉電池，3）負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。實驗方法參照國標和企標[5-9]。

1.1原樣電池的制備

將合好的正負極用鉛膏分別涂在對應(yīng)的正極鉛板柵和負極鍍鉛銅網(wǎng)上，涂板時應(yīng)盡量控制涂膏量，以便保持實驗電池的均衡性。然后在固化干燥室中固化48 h、干燥24 h，干燥結(jié)束后正負極生干板一起化成，耗時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，負極板要包膜，正負極板都要稱重并搭配好。原樣電池的制備工藝流程圖見圖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)別是合膏時在加入鉛粉的同時加入一定比例的炭粉。炭粉電池的制備工藝流程圖見圖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?。然后開始合鉛膏，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、負極板包膜、裝配。炭膏電池的制備工藝流程圖見圖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)別是在電池裝配時用一片或幾片炭板代替負極板。炭板電池的制備工藝流程圖見圖4。

2 不同類型電池容量實驗結(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)的終止電壓時停止實驗，按公式（1）計算超級鉛酸電池容量如表2，其折線圖如圖5。

式中：Ce—換算為25℃時的容量（Ah）；

t —放電開始至放電終止時的平均溫度（℃）；

Ct—平均溫度為t℃時的容量（Ah）；

k—溫度系數(shù)，50 h率、20 h率、10 h率時，k=0.006；5 h率、3 h率、2 h率時，k=0.008；1 h率時，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，對應(yīng)的折線圖如圖5，由圖5可以看出，原樣及其超級鉛酸電池容量一般都超過其額定容量。

圖4 炭板電池制備流程圖

比較其他三種工藝制備的超級電池，可以看出，炭粉電池在大電流放電時容量比較高，但在5時率循環(huán)放電時，容量下降很快，分析其原因為，大電流放電時，炭材料起到了一定的作用，但由于加入的是炭粉，沒有黏結(jié)劑，循環(huán)到一定周期后，炭材料變松甚至脫落，進而導(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始就偏低，這是因為用炭板代替鉛負極板后，電池雖然能進行大電流放電，但負極活性物質(zhì)不足，導(dǎo)致整體容量偏低。

表1 超級鉛酸電池不同時率的放電電流及終止電壓

表2 不同類型超級鉛酸電池容量

圖5 不同方法制備超級電池容量折線圖

3 小結(jié)

本實驗的結(jié)果說明，在鉛酸蓄電池的負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。加入炭材料時應(yīng)同時加入黏結(jié)劑防止炭材料和活性物質(zhì)的脫落。就本實驗而言，炭膏好于炭粉。在制作并炭的炭板電池時，應(yīng)在不減少負極活性物質(zhì)的前提下并入炭板，這樣會在保證基本容量的前提下既有利于大電流充放電，又可延長壽命。

參考文獻：

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[9]王志文,李維俊,梅魁主等.雙極群鉛酸蓄電池性能研究[J].船電技術(shù),2012（增刊）:121-123.

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：TM912

文獻標識碼：A

文章編號：1003-4862（2016）02-0004-04