一种铅酸蓄电池正极板强化剂及其使用方法

陈玉涛

摘  要：正极活性物软化主要是指蓄电池在充放电时因为正极活性物质结构发生损坏而使活性物质和板栅间结合力降低，进而引起活性物质脱落，是造成蓄电池使用寿命降低的重要原因。该文提出了一种铅酸蓄电池正极板强化剂，并通过实验分析可知，该强化剂能够有效缓解铅酸蓄电池正极板活性物质脱落，提升整个蓄电池的使用寿命，此外，因为该蓄电池正极板强化剂中含有铋等物质，所以可以提高铅酸蓄电池的容量。

关键词：正极板;强化剂;铅酸蓄电池;使用方法

中图分类号：TM912          文献标志码：A

0 引言

铅酸蓄电池自1859年由法国人普兰特（Plante）发明后就因其价格低廉、原材料以获取等优点被广泛应用于各行业。铅酸蓄电池的电极由铅和氧化物构成，H2SO4常作为蓄电池的电解液。铅酸电池经过100多年的发展在电池能量密度以及循环寿命方面有了长足的进步，在交通、通信、电力等领域都能发现它的身影。但在实际应用中，因为铅酸蓄电池的使用寿命会受到各种因素影响而出现使用寿命大幅度缩水问题。根据相关研究可知：蓄电池在充电过程中电解液（H2SO4）的温度与电流密度并不会对蓄电池极板活性物质使用寿命产生影响，对活性物质使用寿命影响最大的为蓄电池的放电条件。基于以上背景该文提出了一种铅酸蓄电池正极板强化剂，并对其使用方法和效果进行了分析，以期为提升蓄电池使用寿命提供参考。

1 技术背景

铅酸蓄电池主要是通过电池内部的化学反应存储能量，蓄电池在放电（使用）时，其实质就是把电池内部存储的电能转化成化学物质，其基本原理如图1所示：

根据相关资料显示，电池正极板软化是造成铅酸蓄电池失效或使用寿命缩短的重要原因，就现今而言，对于解决铅酸蓄电池正极板软化的手段较为单一，即使用“深放电后脉冲充电”，该方法的工作原理在于当铅酸蓄电池深放电后内部电解液（H2SO4）浓度快速下降，当在低密度电流长时间充电后会使电池极板区域出现弱酸弱碱条件，在该条件下α氧化铅会快速生成，进而使整个极板的强化度得到提升，虽说该手段可以强化铅酸蓄电池极板，但该方法仍然存在弊端：1）因为首先需要对电池进行深放电，但在深放电时因为电池内部大量α氧化铅在参与放电后无法得到回复，这无形中降低了电池中α氧化铅含量，此外，因为有少量的α氧化铅抵消了电池后期进行脉冲充电后产生的PbO2;2）进行脉冲充电时间长。根据资料显示，正负脉冲低密度电流充电过程所花费的时间大约为20 h～50 h，甚至在50 h以上，才能够发挥作用，这个脉冲充电需要花费大量的人力与时间;3）我们都知道α氧化铅在碱性条件下产生，但在实际应用中对弱碱性环境程度控制又较为困难，增加了该方法的操作难度。基于以上背景，该文研发出一种铅酸蓄电池正极板强化剂，用以解决现有的铅酸蓄电池极板软化处理技术不佳的问题。

2 铅酸蓄电池正极板强化剂设计

该文所提出的一种铅酸蓄电池正极板强化剂包括氢氧化锂、碳酸钠、硫酸铋、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、四硫磺酸鉀和去离子水，所述强化剂具体配比为：碳酸钠（0.6%～1.0%）;氢氧化锂（1.0%～1.4%）;硫磺酸钾（0.1%～0.3%）;硫酸铋（0.06%～0.1%）;2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（0.4%～0.6%）;四去离子水（余量）。该文所提出的一种铅酸蓄电池正极板强化剂的有益效果是：该强化剂能够用来强化铅酸蓄电池的充电能力。蓄电池的正极板是由板栅以及活性物质两部分构成，通常极板中的活性物质有效成分为氧化铝，从蓄电池工作基本原理中可以看出：当蓄电池放电时活性物质氧化铅（PbO2）通过反应转变为硫酸铅（PbSO4）;当蓄电池充电时则硫酸铅（PbSO4）又可转变成氧化铅（PbO2），而PbO2又是由α氧化铅和β氧化铅构成，其中，α氧化铅比β氧化铅体积大、坚硬且荷电能力弱，且因为α氧化铅在碱性条件下产生，所以当蓄电池内部参与放电后，再进行充电则只会产生β氧化铅，使电池内部的α氧化铅含量逐渐下降，最终导致电池正极极板上活性物质出现脱落，此外，活性物质的脱落会造成电池正极板上微孔堵塞，减小了电池正极板参与反应面积，最终使蓄电池容量出现缩水。同时，因为该文所提出的一种铅酸蓄电池正极板强化剂呈碱性，则电池在放电后即使在小电流正负脉冲充电下也可以使极板活性物质周围呈弱碱性，进而提升α氧化铅的产生效率，且铅酸蓄电池正极板强化剂中所添加的化学物质因为不会参与电池内部所发生的反应，因此，在蓄电池中添加该强化剂不会增加蓄电池内部放电。在后期中分析对比中发现：该强化剂使α氧化铅产生的效率提升了近20倍。

3 具体实施方法

该铅酸蓄电池正极板强化剂的使用方法及步骤见表1：1）将蓄电池放电至正常终止电压，将蓄电池放电后容量25%;2）在蓄电池内加注一定量的强化剂，每块蓄电池注入350 mL的强化剂;3）将加注好强化剂的蓄电池静置，蓄电池静置时间为60 min;4）静置完毕后，将蓄电池正负脉冲电流充电，蓄电池充电时间为11小时。

4 结论

铅酸蓄电池在循环充电的过程中会使电池极板不断地膨胀和伸缩，这一过程会使蓄电池正极板软化，进而影响蓄电池的使用寿命。针对铅酸蓄电池中正极板软化问题，该文提出了一种铅酸蓄电池正极板强化剂及其使用方法，经过实验研究：该强化剂能以高于现有方法20倍以上的效率生成α氧化铅，蓄电池的使用寿命得到显著提升。同时，因为因为该蓄电池正极板强化剂中含有铋等物质，所以同时也会提高铅酸蓄电池的容量。

参考文献

[1]付艳玲，成梓铭，张鸣.安全阀对铅酸蓄电池循环寿命的影响分析[J].蓄电池，2016，49（1）：24-26.

[2]张曼，吴三械，吕国金，等.添加剂在铅酸电池中的应用[J].电池，2014（4）：174-177.