對比國產(chǎn)和進口二氧化硅對起停鉛蓄電池性能的影響①

呼夢娟, 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用愈來愈廣泛。多孔添加劑可以增強活性物質(zhì)的孔隙率[3]。二氧化硅蓬松多孔，有較強的吸附性能，可以充當反應時的儲酸器，提高酸供應能力[4]。質(zhì)量分數(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[6]將炭黑和氣相二氧化硅添加到負極，提高負極孔隙率，能有效改善化成電壓，提高化成效率。二氧化硅化學性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水也不跟水反應。氣相二氧化硅與水反應形成原硅酸，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)格結構的硅膠。這種觸變膠體是一種半剛性的固體，具有一定的結構，當受到一定的外力作用時，凝膠(半流動的膠體)就會自由流動，所以加到負極中，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鉛膏中，電池性能得到提升。

本實驗從實際生產(chǎn)出發(fā)，對比不同性價比(進口和國產(chǎn))的二氧化硅對電池性能的影響。選擇合適的二氧化硅。

1 實驗

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行。正負極板鉛膏采用和膏機進行和制，正鉛膏中添加質(zhì)量分數(shù)1%的二氧化硅，負鉛膏中添加質(zhì)量分數(shù)1.5%的二氧化硅。正負鉛膏中同時加入進口二氧化硅，按正8負7組裝成12V70Ah電池；另一組正負鉛膏添加國產(chǎn)鉛膏，組裝成電池。添加進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 實驗方法

生極板跌落強度：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面上，跌落8次后再稱記為m1，按公式(1)計算生正板跌落強度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，充分攪拌加熱煮沸15min，充分洗滌金屬鉛直至無鉛離子(用Na2S檢驗不變色)，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)，定容。用移液管準確移取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)由藍色-粉色-灰黑色)，即為滴定終點，記錄EDTA消耗的體積V，按公式(2)計算。

(2)

式中：M—EDTA二鈉鹽標準液的濃度，單位為mol/L;

V—滴定時消耗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 電池性能測試

容量檢測按照國標VW75073中7.1進行20小時率容量檢測C20。低溫起動性能按照國標VW75073中7.2中-18℃低溫起動能力試驗進行檢測。27℃、17.5%DOD按照國標VW75073中7.7進行檢測，60℃、17.5%DOD按照國標VW75073中7.10進行檢測，25℃、17.5%DOD按照國標VW75073中7.14進行檢測。

2 結果和討論

2.1 兩種二氧化硅檢測結果

A、B兩種二氧化硅的基本性能對比(見表1)。由檢測結果可以看出，進口二氧化硅(價格昂貴)比國產(chǎn)二氧化硅(價格便宜)的吸油量稍低，其他檢測性能基本一致。

表1 兩種二氧化硅物理性能對比

2.2添加兩種不同二氧化硅正負極板性能對比

圖1 添加兩種二氧化硅極板的性能對比

添加兩種二氧化硅生極板的性能對比見圖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極板固化階段鉛氧化過程影響的差異性小。極板跌落強度小，板柵和活性物質(zhì)結合力強，添加進口二氧化硅正極板的跌落強度小于添加國產(chǎn)二氧化硅正極板，負極板亦然，即添加進口二氧化硅極板的板柵和活性物質(zhì)結合力更強。

2.3 添加兩種不同二氧化硅電池性能對比

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，檢測三次容量，三次容量均能達到額定容量，容量均呈現(xiàn)遞減規(guī)律，添加進口二氧化硅電池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比

低溫起動檢測數(shù)據(jù)見表2，由表看出， A、B電池的低溫起動性能均滿足標準VW75073，A電池放電時間在129s-131s，B電池放電時間在120s-123s， 添加進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比

2.3.2 17.5%DOD循環(huán)壽命檢測

在17.5%深度循環(huán)性能檢測結果見表3，27℃，17.5%DOD放電性能見圖3，VW75073要求不小于18單元，A、B電池均達不到要求，但是添加國產(chǎn)二氧化硅電池好于添加進口二氧化硅電池。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口二氧化硅電池。VW 7.14檢測結果顯示，添加進口二氧化硅電池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檢測項目結果顯示：添加國產(chǎn)二氧化硅電池性能好于添加進口二氧化硅電池性能。

表3 添加兩種二氧化硅電池17.5%DOD檢測結果

圖3 添加兩種二氧化硅電池17.5%DOD放電性能的對比

3 結論

3.1添加進口二氧化硅正負極板的板柵和活性物質(zhì)結合力比添加國產(chǎn)二氧化硅強；添加進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，得出可以選擇價格便宜的國產(chǎn)二氧化硅替代進口二氧化硅用于起停鉛蓄電池，但是需要進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。

[1] Tantichanakul T, Chailapakul O, Tantavichet N. Influence of fumed silica and additives on the gel formation and performance of gel valve-regulated lead-acid batteries [J]. J Ind Eng Chem, 2013, 19(6) : 2085-2091.

[2] Chen M, Guo W, Zhang M, et al. Effect of polyols on the electrochemical behavior of gel valve-regulated lead-acid batteries [J]. Electrochim Acta, 2015, 164: 243-251.

[3] Dayton T C, Edwards D B. Improving the performance of a high, leading-acid with paste additives[J]. J. Power Sources，2000(85) :137-144.

[4] Torcheux L, Lailler P. A new electrolyte formulation for low cost cyclinglead acid batteries [J]. J. Power Sources，2001(95) :248-254.

[5] Wang L F, Fang B J, Lin Y K, et al. Investigation of silica additive for high-rate sealed lead-acid cell [J]. Electrochim Acta, 2006, 51(20):4135-4141.

[6] 付穎達.不同添加劑對鉛酸電池負極性能影響的研究 [D].碩士學位論文.中國知網(wǎng)，2011.