碳黑含量对铅酸蓄电池负极性能的影响

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1、碳黑含量对铅酸蓄电池负极性能的影响摘要：采用充放电技术研究了电动车用阀控铅酸蓄电池负极的碳黑含量对电池容量、充电接受能力及充电方式的影响，结果表明负极中添加适量的炭黑可以改善地电池负极的导电性能，提高电池的负极活性物质利用率及电池的放电容量，有利于电池的大电流放电，提高电池的充电接受能力及循环寿命，并对充电方式的敏感性小，电动车用阀控铅酸蓄电池负极炭黑添加量在0.9%左右时表现出最佳的充放电性能。关键词：炭黑；充电接受能力；阀控铅酸蓄电池   阀控密封铅酸蓄电池（VRLA电池）由于其在深充放电循环使用条件下寿命较短，在电动车上的应用一直不够理想。近年来，随着正极板板栅材料的改进，电池的

2、循环寿命已有所提高，现电动车用VRLA电池的失效原因主要为负极硫酸盐化。为此，目前电动车用VRLA电池负极硫酸盐化方面的研究也比较多，在ALABC2003-2005项目计划中负极硫酸盐化项目占了大半，特别是对负极添加剂的研究，以提高电池的性能，更好地满足电动车的要求。负极活性物质中添加导电物质是解决VRLA电池负极硫酸盐化的有效途径之一，而碳黑是一种价廉物美的负极添加剂，它可以提高电池负极的活性物质利用率和容量，并提高电池的充电接受能力，缓解负极硫酸盐化，提高电池的循环寿命。 1 试验 1.1试验电池制作    试验电池为2V5Ah的卷绕式电池（12V10Ah动力型卷绕电池的原型），正

3、极板栅为铅钙锡铝银合金，负极板栅为铅锡合金，正负极板厚度分别为1.0mm、0.8mm。负极添加剂碳黑为进口，颗粒度为300目。试验电池中的添加量分别为0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%（以下编号为1#，2#，3#，4#，5#），其余铅膏配方和极板制造工艺均同南都现行生产工艺。因本试验主要研究负极，故电池没设为负极限量，电池组装并进行活化后待测试。 1.2试验电池容量测试    实验电池各一只，充足电后分别以0.5A及2.0A的电流进行恒流放电，环境温度为25℃，放电设备为Arbin公司的带微电脑控制的10A/18V充放电测试仪，设置的记录时间为1min，放电终止电压分别为1.

4、80V和1.60V，根据计算机纪录得到各实验电池的放电容量（Ah）。 1.3实验电池充电接受能力的测试    该指标是考核电池放电后在充电的难易程度，参照IEC60896-2-1(固定型铅酸蓄电池)2，对实验电池分别进行充电接受能力测试。    实验电池各一只 ，充足电后以0.5A的电流进行放电，放电终止电压为1.80V，纪录电池的容量为CO,而后以恒流0.5A，限压2.35V进行充电24h，随即又以0.5A的电流进行放电，放电终止为1.80V，纪录电池的容量为C1，然后按如下公式计算电池充电接受能力R24（%）。R24(%)=(C1×100)/CO 1.4 实验电池在不同充电方式下循

5、环寿命的测试    充电方式1：容量检测合格且充足电的实验电池以2.0A放电，终止电压为1.60V，然后以1A的电流限压2.40V充电10h，如此循环，以放电时间不能达到1h36min（额定容量的80%）为寿命终止，根据计算机纪录得到各实验电池的循环寿命次数（次）。    充电方式2：容量检测合格且充足电的实验电池以2.5A的电流放电，终止电压为1.60V，然后以1A的电流充电5h，再以0.05A的电流充电5h，如此循环，以放电时间不能达到1h36min为寿命终止，根据计算机纪录得到各实验电池的循环寿命次数（次）。2 结果讨论    实验电池负极炭黑含量对放电容量的影响如图所示；   

6、 结果表明，随着负极炭黑添加量的增加，电池放电容量增加，意即负极活性物质利用率提高。从0.5A与2.0A放电结果进行比较，放电电流越大，负极碳黑含量对放电容量的影响越大。    由于负极的放电产物为不导电的PbSO4晶体，随着放电的进行，不导电的PbSO4晶体积聚在负极活性物质（NAM）铅的周围，阻止了放电反应的进一步发生，炭黑具有优良的导电性，从而使得放电反应可以深入进行，提高了活性物质的利用率容量。炭黑颗粒在负极活性物质（NAM）中的分布示意图如图2所示。 2.2 实验电池充电届受能力测试    实验电池负极碳黑含量对充电接受能力影响见图3所示。    结果表明，随着负极碳黑含量的

7、增加，电池的充电接受能力也随着增加，即放电容易这是因为电池充电过程中负极放电产物PbSO4它的导电性差，尤其是大电流放电及放电搁置产生的结晶粗大的PbSO4的转化更加困难，而负极碳黑导电网络的存在，可以促进充电反应的深入进行提高电池的充电接受能力。 2.3 实验电池在不同充电方式下循环寿命测试    实验电池负极碳黑含量对电池循环寿命的影响如图4所示。    结果表明，在同一充电方式下，随着负极中炭黑含量增加，电池的循环次数也增加。这是因为电池