轻型铅酸蓄电池电极的研究

　　哈尔滨建筑大学学报轻型铅酸蓄电池电极的研究魏杰，王郁萍哈尔滨建筑大学基础科学系，黑龙江哈尔滨150090经大量对比实验，获得了适合于轻型铅酸蓄电池的板栅合金。实验结果明，所研制的轻型铅酸蓄电池的重量比能量可以达到45，用电化学面侵蚀的压孔式板栅是本研宄的个重要创新点。

　　铅酸电池由于具有系列优点而被广泛应用。目前为使铅酸电池适应用电器具薄型化的需要，应把开发微型柔软型薄型以及钮扣型等异型密封铅酸电池作为个研究方向。另外为了使铅酸蓄电池适合电动车的需要，也需要降低重量提高电池的重量比能量1.本工作从减轻电极重量和改进电极结构两方面入手作了初步研究。

　　1基体板栅材料的选择及电池制备1.1基体材料的选择用铅及其铅合金箔作为正负极活性物质的基体。分别制作了种板栅基体纯，3131由于所用的板栅是金属铅或铅合金箔，电池板栅区别于普通的片状结构，活性物质之间的接触面积较小，并且板栅两面的活性物质之间不能相互结合，大部分活性物质是与板栅之间相互结合，这就使得极板的强度会有定程度的降低。为了解决上面的问，方面在板栅上冲孔，以增加板栅两面活性物质之间的结合；另方面要对板栅面进行些处理，主要目的是增大板栅的真实面积，即增加板栅的面粗糙度。

　　1.2冲孔或压孔板栅的制备基金，目博士后研究人员落户黑龙江科研启动基金资助项目，450，45直接在制备好的0.3mm正极或0.1mm负极厚的铅箔上冲孔。另种方法是在铅箔上压孔。方法是用特殊模具在铅箔的面压出大量的比较密集的小孔，孔的直径约为孔深为◎。压出的孔并不完全穿透而是在铅箔上形成凸凹不平的结构。

　　1.3板栅的面处理为增大板栅面的粗糙度，可以选择不同的方法进行处理。首先用机械法，然后用电化学侵蚀的方法来增加板栅面粗糙度。

　　1.4电池制备及结构选择电池的制备与常规电池样，所制备的实验电池额定容量为5人1电池配方略。可选择的电池结构有卷绕式2和常规正负极交替式两种。在板栅合金对比实验中均采用卷绕式结构。在卷绕式结构中，由于卷叠过程中极板被强制弯曲，极板内外活性物质面的曲率增大，结果活性物质必然易于开裂甚至脱落。另外，固化也是个问，如采用固化后装配，则由于活性物质的硬度和脆性比较大，极板更易开裂，而采用装配后固化，则紧密的装配结构使固化过程中各反应步骤不易进行。在组装时采用先装配再固化的方式。化成当然也是电池内化成。

　　2结果分析2.1不同板栅合金的对比结果与分析以种合金为板栅基体的实验电池的容量随充放电次数的变化1.种合金板栅的腐蚀失重试验结果硬度测试结果2.

　　板栅种类腐蚀前重g腐蚀后重g腐蚀的百分含量铅锑板栅低锑板栅铅锑镉板栅纯铅板栅铅钙锡铝板栅从1和23可以看出，几种合2各种合金的硬度测试结果金中，以铅锑镉合金的效果为最好。它兼有合金纯铅铅锑低，铅妈锡错，金，但由于金属镉价格贵有毒，所以在实际电池制造中应采用正极为铅锑镉合金，负极为铅钙合金。

　　从1可以看出，以纯铅和铅钙锡铝合金板栅制作的电池随着充放电的进行电池容量下降较快。因为在这两种板栅合金中存在无锑效应。在正极氧化过程中，铅变成硫酸铅时体积增加68，硫酸铅变成氧化铅体积增加35，因此基底易产生应力破裂，造成腐蚀产物松散；由于无锑，基底与氧化层之间的粘结性差，更容易应力破裂，使酸渗入裂缝，形成硫酸铅阻碍层。腐蚀膜中包含大量致密的硫酸铅，其渗透性差，引起电阻增加，造成充电困难，致使放电时电压迅速下降，电池容量因此降低。

　　正极板栅中含有锑，就可以解决这个问酸铅氧化铅体积的增加提供了空间，减少了基底附近腐蚀产物的内应力，避免了裂纹产生，使具有致密结构的012层加厚，数量较多，腐蚀界面就不存在硫酸铅阻挡层了3.但为什么在实验中，铅锑合金板栅的容量反随充放电的进行降低得更快，拆开失效的电池进行观察可以发现，正极板栅己经严重腐蚀，基本上完，潘舰，锢敝娜幽，幽加坐雌，着，1竞锑6080100循环次数不同板栅结构的电池5率容量比较快。而所研究的板栅其实是非常薄的铅合金箔，因此在几十次充放电后就被完全腐蚀而使电池失效。

　　2.2冲孔或压孔板栅的对比结果与分析电池的5及20率容量随循环次数的变化23.从2和3可以看出，以压孔板栅电池的性能为最好，这是由于压孔板栅面上有凸凹不平的不穿透的孔，在定程度上使板栅构，看上去有定的厚度，活性物质填涂在这个立体结构中，与板栅的接触比较好，降低了电池的内阻，使电池放电，尤其是大中倍率放电性能的增加尤为明显；另外从板栅的强度来考虑，冲孔式板栅的强度较差。而压孔板栅相对来看则具有比较高的强度，这是因为压孔板栅上凸凹不平的结构使电池在受到机械冲击或压迫时受力分散。所以应选择压孔方法制作板栅作为轻型铅酸蓄电池的电极。

　　2.3不同电池结构对比实验及结果分析对卷绕式和正负极交替式电池作各种放电率下电池重量比能量的对比结果4.从4可以看出，两种结构的电池在小倍率放电的条件下重量比能量相差不多，但当大中倍率放电的条件下，卷绕式结构的圆柱型电池在重量比能量上与正负极交替式的方型电池就差得比较多了。这是因为卷绕式结构虽然在卷叠时显得易于实现紧装配，而实际上极板在垂直方向上所受到的压力是比较小的。而本工作所制作研究的是密封电池，电解液被储存在玻璃纤维隔板中，所以充放电过程中，极板与隔板之间形成层贫液层，增大了电解液向极板扩散的难度，从而降低了电池池上的电化学反应速度比较快，反应所需4不同电池结构重量比能量的比较量上卷绕式结构就比正负极交替的电池差得很多。

　　专钧1.轻型铅酸蓄电池电极材料采用铅锑镉合金正极，增强了电极的机械强度，其硬度比纯铅提高约4倍。同时也提高了电池中倍率放电的寿命。

　　2.轻型铅酸蓄电池电极的板栅结构采用压孔箔式板栅，增强了电极的强度，提高了电池放电容量。

　　3.卷绕式结构与正负极交替结构的电池在20率下的重量比能量均可达到45贝18，但在大中倍率下卷绕式结构的重量比能量要低于正负极交替结构的电池。

　　桂长清。电动车用铅酸蓄电池1.电池，1999，131周龙瑞，杨秀宇。圆柱型铅酸免维护密封蓄电池的研制。蓄电池，1994，210.