復(fù)合鈦基板及活性物質(zhì)對雙極性鉛酸電池性能的影響.pdf

1、雙極性鉛酸電池具有比能量高、比功率高及長壽命的特點(diǎn)，制備雙極性鉛酸電池的核心是其中的雙極板。本文對復(fù)合鈦基板、活性物質(zhì)添加劑和多孔陣列活性物質(zhì)電極進(jìn)行了研究。
　　采用溶膠凝膠碳熱還原法和直接氧化碳熱還原法，在鈦箔表面包覆了一層非化學(xué)計(jì)量比的氧化鈦(TiO2-x)膜。利用這兩種方法，在800℃下燒結(jié)2 h，改性鈦箔都具有優(yōu)異的電導(dǎo)率。XPS分析表明，表面膜中鈦的平均價(jià)態(tài)都為3.74。用溶膠凝膠碳熱還原法改性的鈦箔覆鉛后作為基板，制

2、備的雙極性鉛酸電池，0.25 C、0.5 C、1 C和2 C倍率放電，正極活性物質(zhì)的比容量分別為90 mAh·g-1、80 mAh·g-1、65 mAh·g-1和60 mAh·g-1；用直接氧化碳熱還原法改性的鈦箔覆鉛后作為基板，在同樣條件下放電，正極活性物質(zhì)的比容量分別為100mAh·g-1、90mAh·g-1、80 mAh·g-1和65 mAh·g-1。表明以上兩種方法制備的雙極性基板，正極活性物質(zhì)都具有較高的放電比容量。與未改性的

3、鈦箔相比，用改性鈦基板制備的雙極性鉛酸電池具有更長的循環(huán)壽命，說明鈦箔的改性，可以有效提高鈦箔在循環(huán)充放電過程中的化學(xué)穩(wěn)定性。
　　將復(fù)合鈦基板浸漬到50 wt％的氟硼酸溶液并充分洗滌后發(fā)現(xiàn)，鉛層可以在極板固化過程中，與鉛膏之間形成更加均勻的腐蝕界面，進(jìn)而有效提高鉛膏與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。以其作為雙極性鉛酸電池的基板，可以提高活性物質(zhì)的比容量和循環(huán)壽命。
　　采用高速球磨法，合成了納米四堿式硫酸鉛（4BS）/超細(xì) SiO2復(fù)

4、合添加劑。合成過程中加入6 wt%的超細(xì) SiO2粉末，抑制了納米4BS晶粒的團(tuán)聚。XRD分析表明，制備的納米4BS純度接近100%；SEM觀察發(fā)現(xiàn)，納米4BS晶粒的形貌與傳統(tǒng)4BS的棒狀形貌不同，呈顆粒狀；HRTEM分析表明，納米4BS晶體是由多個(gè)4BS晶體組成的一種多晶。納米4BS/SiO2具有很高的活性，40 mA·g-1電流密度放電，比容量為183 mAh·g-1；160 mA·g-1放電，比容量仍能夠達(dá)到150mAh·g-1以

5、上。
　　進(jìn)行了納米4BS/SiO2復(fù)合添加劑，加入到鉛酸電池正極活性物質(zhì)中的實(shí)驗(yàn)研究。SEM觀察發(fā)現(xiàn)，固化后會正極活性物質(zhì)之間會形成彼此交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)骨架；TEM觀測發(fā)現(xiàn)，加入1 wt%納米4BS鉛膏的微觀結(jié)構(gòu)中，4BS的微觀形貌存在棒狀和顆粒狀；HRTEM分析可知，棒狀4BS是一種單晶，而顆粒狀4BS則為多晶；XRD分析表明，在固化過程中4BS會在不同晶面上優(yōu)先生長。充放電測試結(jié)果表明，加入1 wt%納米4BS/SiO2復(fù)合添加劑

6、，正極活性物質(zhì)具有較高的放電比容量，且300次充放電循環(huán)后，活性物質(zhì)的比容量沒有出現(xiàn)明顯的衰減。說明納米4BS/SiO2復(fù)合添加劑，能夠提高正極活性物質(zhì)的循環(huán)壽命，而不會降低正極活性物質(zhì)本身的比容量。
　　為了提高雙極性鉛酸電池單位面積電極的容量，設(shè)計(jì)制備了多孔陣列活性物質(zhì)電極。研究發(fā)現(xiàn)，在高倍率下多孔陣列活性物質(zhì)可以有效提高活性物質(zhì)的利用率和循環(huán)壽命，1 C比容量可以達(dá)到50.08 mAh·g-1。建立了多孔陣列活性物質(zhì)雙極性電