正极和膏酸量对起动电池性能影响

2021-09-01杨成斌呼梦娟陈永顺师笑乐

蓄电池 2021年4期

杨成斌，呼梦娟，陈永顺，师笑乐

（河南超威正效电源有限公司，河南沁阳 454550）

0 引言

和膏工序是铅酸蓄电池制造的关键工艺之一。铅酸蓄电池的正极铅膏是由铅粉、水、稀硫酸溶液和添加剂混合搅拌制备而成的膏状体。铅膏需要合适的水分、表观密度、针入度和相组成等参数，来保证后续极板生产的顺利性和良好的电池性能。和膏配方中铅粉、水、酸和添加剂都不同程度地对铅膏性能和电池性能有一定影响。对一定量的铅膏来说，铅膏所含酸量增加有以下影响：可以提高活性物质孔隙率，但是会降低活性物质的强度；降低铅膏的表观密度；使铅膏凝固速度加快[1-2]。但是，柴树松[3]指出：酸量过多时，铅膏可涂性差；增加酸量可使活性物质孔率增加，利用率提升，在活性物质质量守恒时，有利于容量的提高，却对寿命起到相反的作用。既要兼顾工艺条件和产品性能，又要兼顾铅膏含酸量、表观密度、容量和寿命的关系，就需要选择适当的酸量。本文中，笔者主要针对已有正极铅膏配方设计试验，寻找适当的酸量。

1 实验

1.1 样品制备

采用密度为 1.400 g/cm3的硫酸溶液，设计 3个含酸量方案，分别为每 1000 kg 铅粉添加 65 kg、80 kg、100 kg 硫酸（分别记为 A、B、C 方案），令配方中其他物质的质量都相同。按照三种方案采用相同 4BS 固化工艺生产生正极板，与相同的生负极板按照 6 正 6 负组装，然后经化成，制成 12 V 60 Ah SLI 电池。

1.2 实验仪器

实验仪器有：X 射线衍射仪（Rigaku 公司生产的型号 UltimaIV），其辐射源为 Cu 靶，管电压 40 kV，管电流 40 mA，扫描范围 15°～50°；扫描电子显微镜（型号 FEI DQUANT450）；蓄电池综合性能测试仪（型号 BNT 500-018-2ME）。

1.3 电池性能测试

对样品电池，按照国标 GB/T 5008.1—2013 检测 20 小时率容量、充电接受能力和循环耐久 I。

2 结果和讨论

2.1 铅膏表观密度、生正极板成分和形貌

由表 1 可见，随着和膏酸量增加，铅膏表观密度逐渐降低，和文献[1,3]中结论一致。对实验正生极板进行 XRD 检测的结果如图 1 所示。XRD 图谱解析软件为 MDI Jade 6.0。对照标准卡片可以确定正生极板样品中含有 PbO（标准卡片 05-0561）、3BS（标准卡片 29-0781）、4BS（标准卡片 23-0333）。通过外标法粗略计算活性物质中 3BS 和4BS 含量见表 1。随着和膏所用硫酸溶液的量增加，固化后生极板中活性物质 4BS 含量增加。方案C 中极板活性物质 3BS 和 4BS 含量最高。实验正生极板进行 SEM 检测结果如图 2 所示。随着和膏用酸量增加，4BS 颗粒增多，颗粒尺寸变大趋势。

图1 生正极板铅膏 XRD 图谱

图2 生极板中活性物质形貌

表1 极板活性物质中 3BS 和 4BS 的含量

2.2 容量

电池容量数据见表 2。铅酸蓄电池的容量与活性物质量、极板厚度、活性物质孔率等有关[4]。活性物质孔率多，铅酸蓄电池容量高。随着和膏酸量增加，活性物质孔隙率增大，容量应该变高，但是结合极板活性物质中 3BS 和 4BS 的含量发现，方案 A 极板和方案 B 极板活性物质中 3BS 含量相当，容量也相当，分别为 62.3 Ah 和 62 Ah，而方案 C 极板活性物质中 3BS 含量高，容量也高，为 63.3 Ah。电池容量升高主要归因于活性物质的量的影响。

2.3 充电接受能力

按 GB/T 5008.1—2013 要求，充电接受能力（充电电流值 ICa与 I0的比值）不应小于 2.0。A、B、C 三种方案电池的充电接受能力分别是 4.37、4.50 和 4.53，因此，随着正极铅膏中酸含量增加，电池充电接受能力稍微提高。

2.4 循环寿命

三种方案电池循环寿命如图 3 所示，分别是269 次、284 次和 236 次。随着和膏酸量的增加，电池循环寿命先提升后降低，对比 A 和 B 两种方案的电池，推断采用方案 B 的铅酸电池循环寿命升高是 4BS 含量高起主要作用。文献[3,5]提到，降低铅膏表观密度将会缩短电池寿命。随着和膏酸量的增加，铅膏表观密度逐渐降低，对电池循环寿命不利。由此可以解释，缘何采用方案 C 的铅酸电池寿命最差。