四碱式硫酸铅在铅酸电池中的应用研究

发布时间：2017-08-16 15:38

  本文关键词：四碱式硫酸铅在铅酸电池中的应用研究

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【摘要】：清洁能源、通信技术行业的迅速进步和发展,有力地促进了能源储能的进步,随之而来的是人们对各种机房、基站建设的要求越来越高,主要表现在对电池一致性、高功率性能、循环性能、免维护性、高安全性等方面要求的提高。铅酸蓄电池作为机房、基站主要储能产品之一,为了适应新的应用环境,也需要在技术和工艺上有所改进,活性物质的组分和结构是影响电池性能的主要因素之一,因而对这方面的研究显得十分必要。四碱式硫酸铅(4BS,4PbO·PbSO_4)是铅酸蓄电池正极板在制造过程中的一个中间产物,它的产生和前后转化过程对最终电池性能有极大的影响;不同生极板生产工艺会直接影响4BS的产生。论文通过XRD(X-ray分析)和SEM(扫描电子显微镜)等手段研究了正极板的微观形貌和物质组分,通过在工业生产条件下制作实验电池,验证不同4BS相关应用工艺因素对容量、功率、循环性能及容量一致性的影响;发现和膏过程中当PbO与H2SO_4比例过大或过小时均会降低活性物质内4BS含量,在5:1~7:1间存在有利于4BS生成的最佳比例;实验显示,PbO与H2SO_4比例对活性物质内4BS晶体颗粒尺寸无明显影响,固化温度高低对活性物质内4BS生成量也无明显影响,但对晶体颗粒尺寸影响较大,随着固化温度升高4BS晶体颗粒逐渐减小。固化时间对固化过程中4BS生成量和晶体颗粒大小均有一定影响,随着固化时间增加,4BS含量逐渐增加,晶体尺寸也增大。通常在工业生产条件下很难控制极板内4BS含量和晶体尺寸的一致性,为了提升产品一致性,论文通过4BS添加剂来进行改善。研究发现,生极板内4BS含量、组分分布情况以及充电过程环境温度、充电电流密度、化成酸密度均会影响化成后PbO2的结构和组分,从而影响最终性能;添加4BS生板化成后,活性物质骨架结构明显,能明显提升电池循环性能,α-PbO2/β-PbO2由于具有不同的晶型结构和比表面积,活性物质内最终二者比例对电池初始容量影响较明显。研究结果表明,合理的4BS生成工艺以及化成工艺能有效提高活性物质的比表面积,从而提升产品的高功率性能和容量性能,坚固的骨架结构能提升电池的循环性能;和膏时添加适量的4BS可有效提升电池的一致性和循环性能。
【关键词】：铅酸蓄电池 二氧化铅 四碱式硫酸铅 循环寿命 功率 容量
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ134.33;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题背景及研究的意义10
• 1.2 铅酸蓄电池的种类和用途10-13
• 1.2.1 铅酸蓄电池的历史发展情况10-11
• 1.2.2 铅酸蓄电池主要用途11-13
• 1.3 铅酸蓄电池的结构和工作原理13-15
• 1.3.1 铅酸蓄电池的基本结构13-14
• 1.3.2 铅酸蓄电池的反应原理14
• 1.3.3 铅酸蓄电池原材料和半成品的物理化学性质14-15
• 1.4 VRLA电池的研究现状15-17
• 1.4.1 VRLA电池的发展历程15-16
• 1.4.2 VRLA电池失效模式16-17
• 1.5 4BS在VRLA电池中的应用研究现状17-19
• 1.5.1 4BS在VRLA电池中作用17-18
• 1.5.2 国内外研究现状18-19
• 1.5.3 4BS在电池中应用的研究解析19
• 1.6 课题的主要研究内容19-21
• 第2章 实验材料与方法21-26
• 2.1 实验药品及材料21-22
• 2.2 实验仪器设备22
• 2.3 试验样品制备方法22-23
• 2.3.1 试验电极制备方法22-23
• 2.3.2 试验极板制备方法23
• 2.3.3 试验电池制备方法23
• 2.4 分析表征方法23-25
• 2.4.1 SEM检测23-24
• 2.4.2 XRD检测24
• 2.4.3 极板内水分测试24
• 2.4.4 固化后极板剩余铅测定24-25
• 2.4.5 正极板中二氧化铅含量的测定25
• 2.5 电池性能测试方法25-26
• 2.5.1 容量测试25
• 2.5.2 交流阻抗测试25-26
• 第3章 和膏与固化工艺对生成四碱式硫酸铅的影响26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 和膏和固化工艺26-27
• 3.3 和膏与固化工艺对正极活性物质微观形貌的影响27-30
• 3.4 和膏与固化工艺对 4BS生成的影响30-33
• 3.5 板栅与活性物质界面的影响33-37
• 3.5.1 4BS正极板固化后板栅与活性物质的结合强度33-36
• 3.5.2 4BS正极板固化后的电化学阻抗测试36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第4章 添加四碱式硫酸铅正极板的化成工艺研究38-59
• 4.1 引言38
• 4.2 生极板 4BS晶粒尺寸对化成的影响38-45
• 4.2.1 化成前正极板 4BS的尺寸38-41
• 4.2.2 不同尺寸 4BS正极板化成后的形貌41-42
• 4.2.3 不同尺寸 4BS正极板化成后的结构组分42-44
• 4.2.4 4BS极板化成后对电池容量的影响44-45
• 4.3 酸密度对 4BS正极板化成的影响45-50
• 4.3.1 酸密度对 4BS正极板化成后成后微观形貌的影响45-46
• 4.3.2 酸密度对 4BS正极板化成后组分的影响46-48
• 4.3.3 酸密度对 4BS正极板化成后性能的影响48-50
• 4.4 充电电流对 4BS正极板化成的影响50-54
• 4.4.1 充电电流对 4BS正极板化成后微观的影响50-51
• 4.4.2 充电电流对 4BS正极板化成后组分的影响51-53
• 4.4.3 充电电流对 4BS正极板化成后性能的影响53-54
• 4.5 4BS技术对电池性能的影响54-58
• 4.5.1 应用 4BS技术后电池的初始容量54-55
• 4.5.2 应用 4BS技术后电池的循环性能55-56
• 4.5.3 4BS技术在 2V/500Ah电池中的工程应用56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-63
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果63-65
• 致谢65-66
• 个人简历66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张慧;王斌;程宇;张丽芳;方明学;;利用废铅膏合成高纯度4BS作为正极添加剂的研究[J];蓄电池;2015年03期

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本文编号：684113