铅炭统一电池的研究现状.doc

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1、铅炭统一电池的研究现状  （原创）摘要:综述了铅炭电池电极结构、负极炭材料及运行制度等的研究现状。介绍了混合电动车运行模式下铅炭电池的改进方向，讨论了炭材料对负极活性物质内阻、极化等的影响和作用机理，以及负极添加剂对电池电化学行为和循环性能的影响。关键词:铅炭电池；炭材料；高倍率部分荷电态（HRPSoC) 混合动力汽车(HEV)、增程式电动车（PHEV)是目前相关研发的热点，也是《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》鼓励的发展方向之一。因为运行模式的需要,电池要能进行快速充放电，具备一定的容量，且在高倍率部分荷电态(HRPSoC)充放电时，有较长的使用寿命。 铅酸电池的初始

2、成本低、生产条件完善,在配销网络和回收利用方面有优势,但在HRPSoC下的循环寿命短，导致运行成本很高。这是因为用于HEV及PHEV的铅酸电池要在30%~70%荷电状态（SOC)下运行（低于30%S0C，不能提供所需要的放电功率;髙于70%S0C,不能高效充电），髙倍率充放电时，负极会发生硫酸盐化，缩短使用寿命[1_2]。解决HRPSoC下工作时遇到的负极硫酸盐化问题，是铅酸电池用于HEV及PHEV的关键。 下可达5000次。LT.Lara等⑷报道了铅炭超级电池的研究工作，提出无需外加电力控制装置的铅炭电池结合非对称电容器和铅蓄电池技术，在特定的放电深度范围内,充放电功率可提高50%，循环寿

3、命比普通蓄电池延长3倍以上。文献[5]提出了一种铅酸超级电池装置,该装置包含至少1块铅负极、1块Pb02正极和1块电容器电极。这种单纯的将铅酸电池和不对称电容器结合的装置，无法充分发挥两者的优势,原因是两者的储能机理不同,具有不同的电化学性能。电容器仅靠在电极表面存储电荷，工作电压和能量密度均比铅酸电池低，导致两者无法同时工作,并且在充电末期，炭材料极易析出大量氢气，造成电池失水,引起电池容量降低、热失控等不可逆损失。 炭材料的性能，如微观形貌、孔径分布、比表面积和表面含有的活性官能团种类等,都会对铅炭电池性能产生重要的影响。为满足HEV应用时铅炭电池负极板在HRPSoC下充放电的需要,并减

4、少析氢副反应的发生,提髙充电效率，延长循环寿命，可从以下几方面对铅炭电池进行改进:应用超细玻璃纤维(AGM)隔板,提高功率密度和能量密度;加人高浓度的炭材料W、采用脉冲或间歇充电[7】；将特定种类的炭材料加到正极材料中，可提髙电池容量、延长使用寿命[8_9〕。 M.Femdndez等™制备了添加不同炭材料的6V/24Ah卷绕式铅炭电池，所用炭材料有标准炭黑(CB)、高含量的有机组分VAN、膨胀石墨（EG)、鳞片石墨（FG)和微细玻璃纤维PA10,并在EUCARECE15L测试制度下测试了电池的循环寿命，以及放电电压、电池内部阻抗增加量的变化规律，其中,使用1.5%膨胀石墨的铅炭电池循环寿命最

5、长,可达8万次，内部阻抗也增加得最少。D.P.Boden等[11]对层状石墨2939APH、膨胀石墨AGB1010、石墨化碳IGC9390和合成石墨TIMREXMX15等4种石墨,N134和乙炔黑等2种炭黑，以及具有高比表面积、粒径分布为23-40(un、具有不同比例微孔容积的4种活性炭进行了实验,得出结论:①在0~1%的含量范围内，只有炭黑和膨胀石墨可降低负极活性物质（NAM)的电阻;②混合加人膨胀石墨ABG1010、炭黑N134和乙炔黑混合作为添加剂的样品,降低NAM电阻的效果最好,HRPSoC下的循环寿命最长;③炭黑对降低负极的高倍率(5C)充电极化过电势最有效;④NAM的电阻和性能之

6、间有很好的关联性;⑤炭对NAM电阻的影响,可作为筛选炭添加剂的参考。 炭材料具有比铅更大的表面积，因此最初有人认为，加人炭材料可增加负极表面积，较高的比表面积可提高电容电极的比能量,提高电池的快速充放电能力；加人的炭材料越多,电池的循环寿命越长。D.Pavlov等[12]研究了在铅音中加人NoritAZO^VulcanXC72R、BlackPearls2000和PrintexXE2等4种活性炭,以及添加量(0.2%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)对铅炭电池性能的影响，发现电池在HRPSoC下的循环次数受活性炭种类和添加量的_响，加人0.5%NoritAZ0活性炭的电池,HRPSoC

7、循环寿#可达12000次;当添加量不超过0.5%时,电池的循环寿命相对更长;负极中加人炭材料，均可改善极板的孔分布、提高总孔容,增大极板的比表面积，提高电池的电化学性能。 P.T.Mosele/131总结出炭影响铅炭电池负极的可能机理有:①提高了负极活性物质的导电性;②减小了极板孔径,限制了硫酸铅晶体的长大,有助于后续的充电过程;③有些炭中含有可抑制析氢反应的杂质，提髙了充电效率;④炭具有电化学渗透泵的作用;