新型铅酸电池铅碳负极及正极板栅合金性能研究

发布时间：2017-08-06 07:13

  本文关键词：新型铅酸电池铅碳负极及正极板栅合金性能研究

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【摘要】：随着当今社会能源与环境污染的问题日益严重,人们开始着手开发新型能源,在这大背景下,混合动力和全电动汽车应运而生。电池作为电动车的核心部件,直接决定了该车性能的好坏,因此,寻求一种性能优异的电池尤为重要。相比其他电池而言,铅酸电池成本低廉、技术成熟,长期占据着电动车领域的大份额市场。但由于该电池难以满足容量高、循环寿命长等高性能要求,仍制约着铅酸蓄电池在电动汽车行业的应用。为了解决这个问题,本实验从两个方面着手,其一是通过添加新型碳材料来改进负极配方以此提高电池容量及循环寿命,其二是通过在正极板栅中分别添加稀土元素镧、铈与碱土元素钡,以此来改进正极板栅的耐腐蚀性能。首先,本文是在传统铅膏配方的基础上,向其添加碳纳米管与复合碳粉,通过与传统铅酸蓄电池进行性能测试对比,获得最佳负极配方。通过TEM分析碳纳米管与复合碳粉内部组织结构的差异,再结合负极板的表面形貌以及电化学、XRD和初容量等相关分析测试,筛选出最佳添加的碳材料。最后通过改变碳材料含量,对比初容量测试和循环寿命测试,确定最佳添加含量；其次,本文向Pb-Ca-Sn合金中分别添加不同含量的钡、镧、铈,通过分析合金的显微组织以及腐蚀层的组织形貌,结合LSV极化曲线和Tafel曲线等电化学手段以及拉伸强度及显微硬度等力学手段,筛选出最适宜工业生产的金属添加材料及配比。研究表明,对于负极板而言,最佳添加碳材料为复合碳粉,最佳配比为0.2%。与传统铅酸蓄电池相比,其析氢电位显著降低,有效地抑制了电池析氢效果,且容量提升4.6%,循环寿命也得到了明显提升；而对于正极板栅而言,与原始Pb-Ca-Sn合金相比,添加钡元素的合金耐腐蚀性能可提升23%,镧元素则提升了6.19%,铈元素提升了52.21%。由此可见,添加铈元素可最大提升合金的耐腐蚀性能,但由于添加铈的试样抗拉强度及显微硬度远小于原始试样,而添加钡的试样在抗拉强度和显微硬度比原始试样都有所提高且耐蚀性能也不差。因此,综合考虑利弊,最终确定适宜工业实际生产的添加配方为：添加金属元素为钡,添加含量为0.03%。
【关键词】：铅酸蓄电池 铅碳负极 正极板栅 循环寿命 耐腐蚀性能
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 引言11-12
• 1.2 铅酸蓄电池12-15
• 1.2.1 铅酸蓄电池的发展历程12-13
• 1.2.2 铅酸蓄电池的工作原理13
• 1.2.3 铅酸蓄电池的内部构造13-14
• 1.2.4 铅酸蓄电池的失效形式14-15
• 1.3 铅碳电池15-18
• 1.3.1 铅碳电池优势15
• 1.3.2 铅碳电池的结构15-16
• 1.3.3 铅碳电池存在的问题及研究进展16-18
• 1.4 铅酸蓄电池正极板栅合金的研究18-28
• 1.4.1 板栅在铅酸蓄电池中的作用18
• 1.4.2 正极板栅的腐蚀18-20
• 1.4.3 正极板栅国内外研究进展20-25
• 1.4.3.1 二元板栅合金23-24
• 1.4.3.2 多元板栅合金24-25
• 1.4.4 稀土元素的研究背景25-27
• 1.4.5 钡、镧、铈作为合金添加剂的研究背景27-28
• 1.4.5.1 钡的性质27-28
• 1.4.5.2 镧的性质28
• 1.4.5.3 铈的性质28
• 1.5 研究意义及课题来源28-29
• 1.5.1 课题来源28
• 1.5.2 研究意义28-29
• 1.6 研究内容29-31
• 第二章 实验材料及试验方法31-49
• 2.1 实验材料与设备31-34
• 2.1.1 实验材料与试剂31-34
• 2.2 实验方案与技术路线34-35
• 2.3 试样的制备35-39
• 2.3.1 负极板的制备35-36
• 2.3.2 铅酸蓄电池的制备36-39
• 2.3.2.1 铅酸蓄电池组装36-37
• 2.3.2.2 电池的加酸与化成37-39
• 2.3.3 极板栅合金制备39
• 2.4 测试技术与研究方法39-49
• 2.4.1 显微组织结构观察39-41
• 2.4.1.1 金相制样39-41
• 2.4.1.2 扫描电镜(SEM)41
• 2.4.1.3 X射线衍射(XRD)41
• 2.4.2 电化学性能测试41-44
• 2.4.2.1 LSV极化性能41-43
• 2.4.2.2 Tafel极化性能43-44
• 2.4.3 力学性能测试44-46
• 2.4.3.1 微硬度测试44-45
• 2.4.3.2 拉伸性能测试45-46
• 2.4.4 电池性能测试46-47
• 2.4.4.1 初容量测试46-47
• 2.4.4.2 动力循环寿命测试47
• 2.4.5 恒电流加速腐蚀失重试验47-49
• 第三章 正极板栅合金的显微组织与性能研究49-65
• 3.1 显微组织分析49-54
• 3.1.1 金相显微组织结构分析49-50
• 3.1.2 扫描电镜组织结构分析50-54
• 3.2 电化学性能研究54-57
• 3.2.1 线性扫描伏安(LSV)曲线分析54-55
• 3.2.2 塔菲尔(TAFEL)曲线分析55-57
• 3.3 恒电流腐蚀失重试验57-59
• 3.4 力学性能相关测试59-62
• 3.4.1 拉伸性能分析测试59-61
• 3.4.2 微硬度分析测试61-62
• 3.5 本章小结62-65
• 第四章 铅碳负极的显微组织及性能研究65-75
• 4.1 铅碳电池负极碳材料的筛选65-71
• 4.1.1 碳材料透射电镜(TEM)分析65-66
• 4.1.2 负极生极板的表面形貌分析测试66-68
• 4.1.3 线性扫描伏安(LSV)曲线分析68
• 4.1.4 XRD分析测试68-69
• 4.1.5 初容量测试69-71
• 4.2 铅碳电池负极碳材料的配比71-73
• 4.2.1 初容量测试71-72
• 4.2.2 动力循环寿命测试72-73
• 4.3 本章小结73-75
• 第五章 结论与展望75-77
• 5.1 结论75-76
• 5.2 存在的问题及未来展望76-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-87
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文和专利87-89
• 附录B 攻读硕士学位期间所参加科研项目和获奖情况89

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本文编号：628883