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超细金属粉末对铅酸蓄电池正极活性物质的影响

周颖  
【摘要】:铅酸蓄电池自应用至今已经有150年的历史,它的一些独特的优点使其一直以来在蓄电池工业中都无法被替代。近几年来,随着通讯、电力以及电动汽车的发展,铅酸电池的研究又兴起了一个新的高潮,所以就目前的形势而言研究铅酸电池是很有现实意义的。虽然铅酸电池的技术已经比较成熟,但普遍存在活性物质利用率比较低的问题,特别是正极活性物质的利用率仅只是理论值的50-70%,然而正极的性能决定着整个电池的性能。 本研究力图通过采用纳米添加剂对正极活性物质进行改性的研究找出提高正极性能的办法,按照添加剂对电池活性物质的作用机理,用一种添加剂或者几种添加剂共同作为复合添加剂,添加到正极活性物质里面,做成电池同没有加入添加剂的空白电池进行性能对比,从活性物质组成形态、电池充放电机理入手,用材料学的理论和观点解释如何提高容量和抑制电池早衰的作用机理。 我们通过恒电流充放电、XRD、SEM等测试手段对铅酸电池的正极活性物质和板栅腐蚀产物进行了一系列的研究。通过我们发现,纳米SnO2作为铅酸电池的正极活性物质添加剂可以提高铅酸蓄电池的放电容量和活性物质的利用率,延长电池的循环寿命。SnO2的加入改变了活性物质的结构状态,使球状的颗粒转变成细长棒状结构,这种结构不仅提高了活性物质的导电性能,而且增强活性物质的连接强度,使活性物质在充放电过程中不易脱落。在SnO2的作用下,改变了氧化铅的物相结构,使β-Pb02的衍射峰强度增强,抑制α-PbO2的生成。超细Sb2O3的加入,使活性物质的表面积增大,反应界面增大,扩散系数增加,消弱了极化,增加了颗粒的接触,减小了电阻,提高了活性物质的导电性能,在一定程度上提高了电池的放电容量和活性物质的利用率,但是对电池的寿命贡献不大。通过对板栅腐蚀产物的研究,发现Sb2O3的加入改变了板栅腐蚀产物的结构,生成了一种腐蚀产物,改变了Pb-Ca-Sn板栅导致的“无锑效应”,使活性物质与板栅之间的附着力增强,使活性物质在循环过程中不易脱落,有利于活性物质结构的完整。在前面两种添加剂研究的基础之上,进一步研究了SnO2和Sb2O3作为复合添加剂对铅酸电池性能的影响。结果表明,在电池正极活性物质中加入0.3%SnO2和3%Sb2O3,提高了电池的比容量。


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