电动自行车用阀控式铅酸蓄电池(1)――电池的放电性能

　　电动车用阀控式铅酸蓄电池1电池的放电性能柳厚田1杨春晓1梁海河1周伟振1朱思平2 2上海海宝特种电源厂，上海201摘要研究了供电动自行车使用的12￥6山12￥_1.12￥17义1和12￥38义1等多种规格的闽控式铅咬蓄电池的放电性能。采用6￥―611电池测定了含不同添加剂的正板活性物质利用率及电池的容量保持能力。实验结果表明，某些破素材料和硫酸见等添加剂可《提高电板的活性物质利用率。其中容量为12义11上的电池《511率电流放电时其初巧质量比化量达到36.6.0Wh/kg.

　　早在80年代，蓄电池为动力的车巧开发就成为世界性倍受关注的实用技术。针对日趋严重的环境污架，些发法国家投入较大的资金和力量进行电动车辆的开发，试图判电动车取代燃油车，克服燃油车所带来的严重环境污染。电动车能否获得商业化的成功，关键问题在其动力电源。在多种可供选择的电源体系中，从性能。价格和技术成熟的程度等综合因素考虑，铅蓄电池仍是目前电动车最为实用的动力电源121.作为电动自行车动力电源，电池必须具有高比能量和长寿命两大柳厚吼男，1944年7月生，教授联系人杨春晚男，1974年5月生，硕占生梁海河，男，1975年5月生，巧去生周伟肪男，1927年9月生，教授，博壬生导师特点这又是目前铅酸蓄电池存在的主要问题。为此，不少研充者为提高电池的比能量和深循环寿命进行了大量的研巧工作133.从当前的研充水平来看，不管采用徐膏式极板还是管式电极，均很难同时满足电池性能上的上述两大要求。近巧虽然美国￡16化拍化化6的比山2011化巧水平电池在比能量方面有较大突破但电池的实际使用寿命无确切报导，且由于这种电池制造工艺复杂至今尚未大批量市场化。为解决目前国内铅酸蓄电池的上述不足，尤其是电动车急待延长使用寿命的要求，我们在前阶段研充的基础上11，又对深循环条件下如何提高电池比自1和延长电池寿命等问题进行了研充。本文主朱思平男，1943年7月生，工程化上海海宝特种电源厂厂长要报导不同电极添加剂对电池放电性能及比能量的影响。

　　1实验研巧工作计对目前电动自行车市场大量配套的姐合电池单元口￥―12单次充电行程平均4化1及早期使用的6￥或12￥―6《单次充电行程平均2化两种类型的电池。考虑部分用户需要长行驶里程的要求，也对口￥17和口￥38义11两种型号电池进行了试验。电池均采用阀控式贫液结构和涂膏式极板。隔板为不同厚度的吸液式超细玻璃纤维隔腺电解质为硫酸溶液，电极及电池的制造方法同文献[8].

　　采用6V―6Ah电池进行含不同正极添加剂的电池容量及储存性能的试验。将不同添加剂按规定量加入正极并制成均匀铅膏。所使用的添加剂分别为硫酸福，硫酸钢和不同品种的碳素材料。为确保负极容量和电解液相对正极充分过量，使电池性能受正极支配，试验中，将电池各单格内的极板数由正常组合的11片含正极板5片，负极板6片改为9片含正极板4片，负极板5片，且较薄的负板栅填充正极活性物质，而较厚的正板栅填充负极活性物质，余下2片极板的空间填充隔板，保证硫酸电解液充分过量。每单格电池中，正铅膏和贷铅膏的质量比为1：1.36.

　　电池的放电曲线采用上海江仪器厂生产的自动充放电机进行测量。所有的性能测试均是在相同充电方式恒压限流充电至电池电压为72￥及相同放电方式恒流5放电至电池终止电压为48￥下进行。测试中采用上海医疗器械厂生产的HHS型电热恒温水浴槽控制湿度，测试温度力30°。

　　2结果与讨论2.1电极添加剂对电池初始放电性能的影响添加剂种类活性物质量/8理论容量/实际容量/Ah利用率/化含不同正极添加剂的各类试验电池在相同试验温度30忙1及相同充放电条件7.2￥恒压充电811后分别5义1.化率恒流放电至终止电压4.8￥，经5次循环充放电后所测得的电池的放电曲线如图1所示。根据放电时间和放电电流计算各电池初始放电容量，取3只平行实验电池初始容量的平均值作为电池的实际放电容量，再由各电池正极活性物质的质量求得电池的理论容量由此求得含不同添加剂的正极的活性物质利用率计算结果列于硫酸钢硫酸碳素A加70明中添加不同种类的碳素添加剂或硫酸钢，可在定程度提高电池正极中活性物质的利用率。当电池在1.率的较大倍率放电条件下，其活性物质利用率分别达到36.9和31，从而改善了电池的初始放电性能，提高了电池的初始比能量。

　　部分碳素添加剂对提高正极初始放电性能的改善作用，可能与这些碳素材料良好的导电性和吸酸能力有关。含有导电添加剂的正极活性物质有助于保持颗粒间良好的电子导电网络，增加了电极活性物质颗粒间的导电性。此外，某些碳素材料，例如各向异性石墨等，在硫酸溶液中发生阳极氧化时，所形成的层间化合物发生膨胀，既使电极保持高孔率，又增加电极储酸量18~9，这些因素均有利于提高电极活性物质利用率。

　　硫酸盐对正极活性物质利用率产生不同影响的作用机理尚待进步研克在某种程度上可能与这些硫酸盐在硫酸溶液中的溶解度有定的关系。在表1中所列出的两种硫酸盐中，硫酸钢的饱和溶解度较大1，可全部从正极逐渐转入电解液中，既在定程度上增大了电极的孔率和电极孔隙间的电液量，有利于液相传质过程的进行，又使阀控式贫液电池，在放电接近终点硫酸几乎消耗殆尽时，对溶液电导起到良好的补偿作用，这不仅可使剩余活性物质得进步利用，也有利于提高电池深放电后的再充接受能力。相对而言硫酸福的溶解度正极中所起到的上述作用相应减小，故它们对提高正极活性物质的利用率及改善电池放电性能的影响也相应减小。

　　2.2电极添加剂对电池储存性能的影响采用测定电池定期存放前后容量衰减率的方法研巧了含上述4种不同添加剂的正极的电池在带液搁置期间的电池容量保存率。试验中，将含有不同添加剂的电池在与前述相同的实验条件下分别过充电8h，然后在环境温度下静置l年扁再5义1化率在30下恒流放电放电终止电压仍为4.8由此测得各电池在1年后的剩余容量，结果如图2所示。根据各电池1年前所测得的储存容量，即可求得电池经1年储存后的容量保存率，计算结果列于表2中。

　　添加剂种类初始容量/Ah剩余容蕾年容量保有率/硫酸巧硫酸碳素A碳素8由于电池负板活性物质相对正极的大大过量中各电池的容量哀减主要来自正板。从图2及表2的结果可判看出，硫酸见添加剂可适当减小电池正板的自放电，使电硫酸见酸儒伞碳素_碳素1结冻巧粒篇孟，愚滕碟密豪曲3恤严媳妾蝴怯厉后的遥：。0船。幻硫酸《对改善电池正极的自放电无明显效果。在初始放电中具有较高活性物质利用率的两种碳素材料降低了电池的余容量值大了电池的自放电不利于改善电池的湿储存性能。

　　钌对正极性能的影响和作用大多出现在板栅合金的研究中。将钌硫酸盐的形式加入活性物质中影响电极性这方面的报道尚不多见。lt12 3在巧2上的吸附及充电时形成的打1与活性物质1，化的作用，有可能影响到化化的结构、性质及自放电大小，从而使电池的初始性能及容量保存率不如硫酸钢添加剂。

　　的添加可加电极目巧。2的含量，提高电池的初始放电容量但大多数碳素材料，例如石墨粉，耐氧化性能较慎且化在91，化的析出过电位较――比牵《2为低，故电池的自放电较大使电池的湿储存性能下化此夕K某些碳素材料中含有的有害杂质对正、负极的污染，还可能进步降低电极的析氧或析氨过电化加速电池的自放电从而更显着日V6Ah电池在不同放电率时的放电曲线2中碳素8.正极添加硫酸钢对电池湿储存性能的较好影响可能与可溶性硫酸盐从电极活性物质转入电解质溶液有关。1加山还认为，存在于电解液中的，钢离子，可避免深放电放化叫/ 2011率2化率3化率4化率后池内的枝晶短路12V17Ah电池在不同巧电率时提高了电池的裸放电的放电曲线旨旨力，从而增大了放电湿储存性能。由此可见，从提高电极活性物质利用率和减少电池自放电两因素综合考虑2加率21化率3化牵4化率2.3不同放电率时6lh的放电曲线及电池的添加剂提高正极活性物质利用率研究的同时，还将些其他类型的无机或有机添加剂分别加入电池的正极、负极或电解液，进斤了更广泛的添加剂性能试验。这些添加剂包括硫酸巧、氧化健、二氧化、硫酸钻、PI304、高分子聚合物纤维。PTFJi、有机醇、胺及龄类等多种化合物另文报导。在此基础上，选择出数种有效的添加剂加入正极，进行了多种正极配方试验，从中选择出最优化的正极沮戚在多种制备工艺和配组技术改进的基础上，按市场要求，大批量生产了目前电动自行车或程型电动摩托车普遍使用的12v―12Ah、12V―6Ah.l2V―17Ah及1238各种型号的电池，并按批量抽样的方式不同放电率恒流放电至终止电压10.5V或9.6V，依此抽测和比较各种电池的放电性所抽测的各型号电池的典型放电曲线如图3 ~6所示。根据平均质量，分别求得了各型号电池511率放电时的质量比能量，其结果列于表3中。表3的结果表助在大批量配套出厂的电池中，除12V6Ah电池因体积较小比能量稍低么化其余各型号的电化其511率放电的比能量均达到电池质量/kg初始容量/Ah比能量/―1心8目前，该电池正每月152万套的批量配用于上海新联电动自行车公司与全国各大电动车公司。电池单次充电可供电动车行驶4060kW上，可满足近期电动自行车对里程的要求。但电池仍存在着早期容量衰减过大，深循环寿命较差等弱点。有关如何改善电动车电池的深循环寿命问题我们将在后文中重点讨论。

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