正極和膏酸量對(duì)起動(dòng)電池性能影響

楊成斌，呼夢(mèng)娟，陳永順，師笑樂

（河南超威正效電源有限公司，河南 沁陽 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)一定量的鉛膏來說，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，柴樹松[3]指出：酸量過多時(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，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）。通過外標(biāo)法粗略計(jì)算活性物質(zhì)中 3BS 和4BS 含量見表 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，緣何采用方案 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。綜合來說，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。