电极上原位制备的4BS及其作为铅酸电池正极活性物质的性能

发布时间：2020-03-30 04:29

【摘要】：已有的研究表明,铅酸电池失效的一个主要原因是正极铅膏的软化与脱落。四碱基硫酸铅(4PbO·PbSO_4,4BS)因其特殊的形貌和化学结构可以形成性能良好的正极,能有效地改善这一现象。工业上,使用工业铅粉制造的正极需要长时间的高温高湿条件下的固化才能得到主要由4BS构成的正极活性物质。这种方法带来的问题除了能耗和厂房空间占用较大以外,还有电极性能特别是一致性不够好的问题。为此我们做了如下研究,期望能提高电池的电化学性能:(1)以PbO和PbSO_4为原料电极在电极上原位反应获得4BS正极,以增强电极内部的结合力。实验发现,当反应时间为1.5 h时,4BS就已完全生成,随着时间的延长,4BS晶体的颗粒逐渐变大。反应时间为1.5 h、6 h、12 h的电极在放电深度(DOD)100%、放电电流密度100 mA·g~(-1)的条件下,放电容量最高分别为107.1、103.2和109.6mAh·g~(-1)。反应3 h的电极在化成后,含有的β-PbO_2较多并且平均颗粒尺寸最小,具有最佳的电化学性能。其最高放电容量高达124.3 mAh·g~(-1),经过50个循环后,放电容量虽降为110 mAh·g~(-1),但仍比工厂球磨铅粉电极高38%。(2)用粘结剂取代传统制膏时使用的纤维,随后将活性物质4BS、导电剂、粘结剂三种材料在不同配比下制备的正极极板进行放电性能测试。当4BS、石墨、PVDF(聚偏氟二乙烯)三种物质按质量比96.5:2.5:1来制备4BS电极时,对应电池的初始放电容量最高仅为66 mAh·g~(-1),且循环性能很差。将该电极固化后,再进行充放电性能测试,发现电池最高放电容量可达73.5 mAh·g~(-1),且经过100个循环之后容量依然稳定在73.5mAh·g~(-1),循环性能十分稳定。但是其放电容量略低于工厂球磨铅粉作为正极材料时的放电容量(79.5 mAh·g~(-1))。(3)将PbO、PbSO_4、PVDF、石墨按质量比96.5(PbO+PbSO_4(N_(PbO):N_(PbSO4)=4:1)):2.5(石墨):1(PVDF)为电极原料在电极上原位反应获得4BS正极,来进一步增强电极内部的结合力。其中反应时间为6 h的电极在化成后平均颗粒尺寸最小,具有最佳的电化学性能。最高放电容量为118.9 mAh·g~(-1),经过50个循环后还可以维持在112mAh·g~(-1)左右,容量保持率为94%,并且比工厂球磨铅粉电极高40.9%。
【图文】：

十年以来的研究热点[15]。铅炭电池正极为二氧化铅，负极为电层电容特性碳材料的复合电极。这种复合电极兼具了充放电较大的充放电电流密度下，具有电容特性的碳材料也会缓冲一极的硫酸盐化，延长了电池的循环寿命[16]。总而言之，铅炭电高能量优势和超级电容器的大功率优点，在新能源储能领域发的结构与原理控密封铅酸电池（valve-regulatedlead-acidbattery，VRLAB）极板、外壳等组成，其中正负极板用隔膜分离开来。电池封部连接。电池在运行期间，当内部气体量超过临界值时，电池开将气体排出，，然后自动关闭防止空气进入电池内部，以此来

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【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912;TQ134.33

【参考文献】

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本文编号：2607037