四碱式硫酸铅质量分数对铅酸蓄电池性能影响研究

张桂兵

(云南锡业锡化工材料有限责任公司 ，云南 个旧 661000)

目前，市场上使用的动力电池大部分为铅酸蓄电池，主要由铅粉及其它添加物质在铅板栅上涂膏形成的正负极极板、隔板和电解液等组成。四碱式硫酸铅是正极极板铅膏和膏，固化干燥过程中由氧化铅、硫酸和水在一定温度和湿度条件下生成的主要中间产物，其含量高低直接影响正极极板孔隙率及铅酸蓄电池的各项性能。通过模拟电池制作和平台测试，考察不同四碱式硫酸铅生成量对铅酸蓄电池性能的影响[1-2]。

1 实验部分

2.1 主要实验仪器

铅膏混合机(DAC 960-300),循环充放电测试仪(μC-XCF08 20A/48V)，循环充放电测试仪(μC-XCF08 10A/48V)，江苏金帆电源科技有限公司；充放电机(CT-4008T-5V6A-S10，新威；水浴槽(DXL450)，台州市信力电子设备有限公司；恒温恒湿箱(LHS-100CH)，上海一恒科学仪器有限公司；高低温箱(LRHS-504B-L)，上海林频仪器股份有限公司 。

1.2 实验过程

以铅粉为主要原料，添加(质量分数)1%的四碱式硫酸铅，0.2%石墨，0.1%纤维，11%水，8%稀硫酸为基础配方，改变添加物质和硫酸量(8%～10%)，常温条件下在铅膏混和机上和膏 50 min 左右。板栅涂板，送入恒温恒湿箱中固化干燥，改变固化温度(45～65 ℃)及时间(2～48 h)，生成不同含量的四碱式硫酸铅[3]。一部分板栅进行孔隙率测试，另一部分板栅分板配合负极极板，组装模拟电池，加入电解液并进行电池化成，得到成品电池。电池容量、低温容量、低温启动、充电接受等各性能测试按照GB/T 22199.1-2017、GB/T 32620.1-2016、JB/T 2666-2016、GBT 5008.1-2013相关要求进行。

2 结果与讨论

2.1 极板四碱式硫酸铅质量分数情况

按照1.2进行四碱式硫酸铅生成实验，得到四碱式硫酸铅质量分数分别是10.4%、16.6%、18%、44%、57.4%、62.3%、70.5%、76.8%、84.9%的9组极板。

2.2 四碱式硫酸铅质量分数对极板孔隙率影响

9组极板进行孔隙率测试，不同质量分数的四碱式硫酸铅对极板孔隙率影响见图1。

图1 极板孔隙率情况

由图1看出，极板的孔隙率随着四碱式硫酸铅质量分数的升高而升高，从36.18%升高到46.38%。

2.3 四碱式硫酸铅质量分数对电池容量影响[4]

9组极板组装模拟电池并进行容量测试，不同质量分数的四碱式硫酸铅对电池 0.3 Ah 容量影响见图2。

图2 电池 0.3 Ah 容量情况

由图2看出，电池 0.3 Ah 容量随着四碱式硫酸铅质量分数的升高而升高(18%四碱式硫酸铅量除外，考虑电池组装时轻微短路原因)，从 4.1869 Ah 到 7.4045 Ah，升高 3 Ah 以上。

2.4 四碱式硫酸铅质量分数对电池低温容量影响

9组极板组装的模拟电池进行低温容量测试，不同质量分数的四碱式硫酸铅对电池低温容量影响见图3。

图3 电池低温容量情况

由图3看出，电池低温容量随着四碱式硫酸铅质量分数的升高而升高(18%和62.3%四碱式硫酸铅量除外，考虑电池组装时轻微短路和测试人为原因)，从 2.2592 Ah 到 3.8078 Ah ，升高高 1.5 Ah 以上。

2.5 四碱式硫酸铅质量分数对电池低温启动性能影响

9组极板组装的模拟电池进行低温启动测试，不同质量分数的四碱式硫酸铅对电池低温启动性能影响见图4。

由图4看出，电池低温启动电压降到一定值所坚持时间随着四碱式硫酸铅质量分数的升高而升高，从 57 S 到 219 S，升高 160 S 以上。

图4 低温启动情况

2.6 四碱式硫酸铅质量分数对充电接受影响

9组极板组装的模拟电池进行充电接受测试，不同质量分数的四碱式硫酸铅对电池充电接受影响见图5。

图5 充电接受情况

由图5看出，四碱式硫酸铅质量分数在44%时充电接受电流最大，为 1.5669 A，在57.4%时还能达到 1.507 A，但随着四碱式硫酸铅的质量分数不断加大，充电接受电流逐渐降低，在84.9%时降到 1.0219 A。

2.7 四碱式硫酸铅质量分数对容量衰减影响[5]

9组极板组装的模拟电池进行3次容量测试，不同质量分数的四碱式硫酸铅对电池容量衰减影响见表1。

由表1看出，在四碱式硫酸铅质量分数小于44%时，第三次容量均上升，不存在衰减情况，当四碱式硫酸铅质量分数大于57.4%时，第三次容量不断下降，到84.9%时下降最快，衰减率超过30%。

表1 容量衰减情况

3 结论

铅酸蓄电池正极极板在和膏、固化干燥过程中生成的四碱式硫酸铅能影响极板孔隙率及电池的各项性能，随着四碱式硫酸铅质量分数的增加，极板孔隙率得到提高，并能有效提升电池容量、低温容量、低温启动性能。四碱式硫酸铅质量分数44%时能得到最佳的充电接受性能和容量衰减指标。综合电池初期容量，低温启动等各项性能来看，四碱式硫酸铅质量分数在44%～62.3%之间为最佳。在没有模拟电池测试平台条件时，极板四碱式硫酸铅质量分数指标能很好指导铅酸蓄电池配方研究。