电解质添加剂气相二氧化硅对动力铅酸蓄电池性能影响研究

发布时间：2017-09-03 15:32

  本文关键词：电解质添加剂气相二氧化硅对动力铅酸蓄电池性能影响研究

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【摘要】：动力铅酸蓄电池需要具备高功率特性和深循环性能,因此作为免维护的阀控动力铅酸蓄电池用隔板材料都使用的是低内阻玻璃纤维棉(AGM)隔板,但是AGM隔板因其材料本身的局限性对电解质中硫酸的固定能力有限。AGM隔板中硫酸分层现象引发或加剧活性物质利用率分布不均,负极上部硫酸盐化,正极下部活性物质软化,甚至板栅腐蚀断裂等一系列动力铅酸蓄电池失效模式。气相SiO_2是一种既能在硫酸介质中稳定存在,又具有触变凝胶特性的物质。在电解质中将气相SiO_2作为添加剂会对动力铅酸蓄电池性能起到改善效果。通过电解质粘度指标的变化研究了添加完全分散到电解质中的工艺条件,分别研究了电解质粘度随气相SiO_2添加量、气相SiO_2完全分散后静置时间、温度条件的变化关系,根据研究结果制定了特定硫酸含量,固定气相SiO_2添加量的条件下将电解质粘度降低至最小的工艺条件:5~10℃条件下分散后立即灌注。利用循环伏安扫描实验和电导率测试方法研究不同气相SiO_2添加量的电解质体系中离子扩散传输的能力变化关系,得出气相SiO_2添加量在低于6wt%的条件下,电解质离子扩散能力随气相SiO_2添加量的增加而提升。在前面实验的数据基础上,设计改变隔板不同的最大孔径参数和设计电池不同的装配压力条件,通过正交实验,测试不同实验条件下样品电池的初容量和循环寿命,优选出当电解质中气相SiO_2添加浓度为2.0wt%时,配套选用的AGM隔板最大孔径是19±1μm范围内,设计的电池干态装配压力在60±5k Pa范围内,动力铅酸蓄电池的循环性能相对于成熟工艺生产出的未添加气相SiO_2电池提升了54%,初容量性能下降了1%。为了便于控制连续生产过程中的产品质量,制定了评价气相SiO_2分散到AGM隔板中的均匀性检测方法和检测标准。通过隔板和正负活性物质粘附了气相SiO_2后的SEM图像,可以看出:气相SiO_2吸附固定在玻璃丝表面,在硅羟基的作用下降低了硫酸分层现象;气相SiO_2吸附在负极活性物质表面,能避免大颗粒的硫酸盐产生;气相SiO2凝胶结构支撑正极活性物质,减缓正极活性物质的软化和脱落。
【关键词】：气相SiO_2 添加剂 粘度 AGM隔板 正交实验
【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】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义11-12
• 1.2 铅酸蓄电池简介12-15
• 1.2.1 铅酸蓄电池的结构12-14
• 1.2.2 铅酸蓄电池的原理14-15
• 1.3 铅酸蓄电池电解质添加剂的研究现状15-17
• 1.3.1 国外对电解质添加剂的研究现状15-17
• 1.3.2 国内对电解质添加剂的研究现状17
• 1.4 对气相二氧化硅的研究现状17-19
• 1.5 本文的主要研究内容19-21
• 第2章 实验材料与方法21-35
• 2.1 实验材料与试剂21
• 2.2 实验仪器与设备21-22
• 2.3 实验设计22-25
• 2.3.1 硫酸中添加气相二氧化硅对粘度的影响22
• 2.3.2 硫酸中添加气相SiO_2对电解质电化学性能的影响22-23
• 2.3.3 正交实验优选添加剂合适的添加量23-24
• 2.3.4 探讨添加气相SiO_2对动力铅酸蓄电池的作用机理24-25
• 2.4 实验方法25-35
• 2.4.1 气相SiO_2添加方法25-26
• 2.4.2 电解质粘度的测试方法26-29
• 2.4.3 电解质的电化学性能实验29-30
• 2.4.4 实验电池优选气相SiO_2添加量30-34
• 2.4.5 气相SiO_2在电池中SEM扫描34-35
• 第3章 电解质性能数据分析35-49
• 3.1 添加气相SIO2对粘度的影响35-43
• 3.1.1 气相SiO_2完全分散的条件35-39
• 3.1.2 气相SiO_2添加量与粘度变化关系39-41
• 3.1.3 剪切分散后静置时间与粘度变化关系41-42
• 3.1.4 温度与粘度变化关系42-43
• 3.2 气相SIO2对电解质传输性能的影响43-47
• 3.2.1 气相SiO_2与电导率变化关系43-45
• 3.2.2 添加气相SiO_2后电解质的循环伏安扫描45-47
• 3.3 本章小结47-49
• 第4章 实验电池性能数据分析49-62
• 4.1 样品电池容量及寿命49-56
• 4.1.1 样品加工过程关键数据49-51
• 4.1.2 容量测试结果51-52
• 4.1.3 电池循环寿命测试结果52-54
• 4.1.4 实验电池性能数据分析54-56
• 4.2 电解质在隔板中分布均匀性检测56-59
• 4.3 气相SiO_2在电池中形态分析59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果68-70
• 致谢70-71
• 个人简历71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 汪海杰;;AGM隔板的发展与未来[J];玻璃纤维;2011年03期

2 钱学楼;钱学海;钱进;;气相二氧化硅和硅溶胶的性能比较[J];电动自行车;2010年03期

3 李颖;高凤英;;我国气相法二氧化硅的生产状况及其应用[J];氯碱工业;2009年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张波;铅酸电池失效模式与修复的电化学研究[D];华东理工大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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2 吴非;胶体铅蓄电池的研制与性能优化[D];扬州大学;2011年

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本文编号：785859