Pb-C電池負(fù)極制備及碳作用機(jī)理研究.pdf

1、為了緩解環(huán)境污染和能源危機(jī)，我國(guó)開(kāi)始大力發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)。Pb-C電池由于成本低、壽命長(zhǎng)和安全性好，適合用于混合動(dòng)力車(chē)（HEV），剎車(chē)時(shí)高倍率充電，加速或爬坡時(shí)高倍率放電。
　　本研究首先制備了功能石墨烯，并將其摻入負(fù)極鉛膏中與其它種類(lèi)的碳材料進(jìn)行比較，模擬HEV電池的工作模式，根據(jù)循環(huán)壽命確定適合用于混合動(dòng)力車(chē)的Pb-C電池負(fù)極碳材料的種類(lèi)和數(shù)量。并通過(guò)掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）等手段表征分析Pb-C電池負(fù)極的形貌與結(jié)

2、構(gòu)。用循環(huán)伏安、電化學(xué)阻抗等測(cè)試手段分析碳材料在Pb-C電池負(fù)極中所起的作用，并提出了負(fù)極活性物質(zhì)充放電模型。
　　SEM觀察發(fā)現(xiàn)，提高氧化度和膨脹溫度可以使制備的石墨烯孔結(jié)構(gòu)變大，有利于對(duì)硫酸鉛的包裹。XRD分析發(fā)現(xiàn)，高溫膨脹使得石墨烯晶面距離增大很多。通過(guò)單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)，確定了碳電容電極優(yōu)化的制備工藝為：AC與乙炔黑比例為5:1，硬脂酸、PTFE和CMC含量分別為1 mass％、4 mass%和0.25 mass%，涂板

3、厚度為0.35 mm。分別研究了活性炭和石墨烯的循環(huán)伏安行為發(fā)現(xiàn)它們?cè)诹蛩崛芤褐芯哂须娙菪再|(zhì)，活性炭的倍率性能很差，而石墨烯的倍率性能較好。
　　通過(guò)研究碳種類(lèi)和添加量對(duì)Pb-C負(fù)極循環(huán)壽命的影響，確定Pb-C負(fù)極優(yōu)化工藝配方中乙炔黑的含量為0.25mass%，活性炭和石墨稀的含量為0.5 mass%。研究Pb-C負(fù)極的荷電狀態(tài)對(duì)循環(huán)壽命的影響，發(fā)現(xiàn)Pb-C負(fù)極在70%SoC時(shí)循環(huán)性能優(yōu)于90%SoC和50%SoC。
　　

4、研究添加碳材料對(duì)負(fù)極板化成后微觀形貌的影響，發(fā)現(xiàn)隨著碳添加量的增加，化成后的鉛由塊狀逐漸變?yōu)獒槧睢Ｉ虡I(yè)負(fù)極板循環(huán)結(jié)束后再充滿電仍含有硫酸鉛，而優(yōu)化的Pb-C負(fù)極板循環(huán)結(jié)束后再充滿電不含硫酸鉛，說(shuō)明添加碳材料的負(fù)極板放電時(shí)產(chǎn)生的硫酸鉛顆粒較小，充電過(guò)程容易進(jìn)行。通過(guò)電化學(xué)阻抗分析，發(fā)現(xiàn)碳材料可以增加鉛負(fù)極的電化學(xué)真實(shí)表面積，能夠減小鉛負(fù)極所承受的電流密度。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)證明碳材料加速充電的主要作用機(jī)制是促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步提出了負(fù)極活性物質(zhì)充