鉛碳負極的制備及其電化學性能的研究.pdf

1、鉛碳電池是一種新興的改進型鉛酸電池，是將碳材料以不同的方式混合到鉛酸電池負極中。相比常規(guī)鉛酸電池，鉛碳電池具有良好的高倍率部分荷電態(tài)（HRPSOC）循環(huán)性能，使其在儲能、混合動力汽車等領域具有廣闊的應用前景。但是，鉛碳電池的產業(yè)化還有較多關鍵技術需突破，如碳在電池負極中的作用機理、由于碳的加入導致的析氫問題等。本文從產業(yè)化的角度，探討了碳材料的種類、比例對負極材料結構和電化學性能的影響。同時，研究了混合碳及碳添加方式對鉛碳復合材料結構和

2、電池特性的影響，分析了碳的作用機理。
　　首先，研究了4種碳材料(活性炭AC1、AC2，石墨G1、G2)分別占和膏鉛粉質量的0.5％，1%，1.5%，2%比例單獨加入到鉛酸電池負極材料中對電池HRPSOC循環(huán)性能的影響，當AC1添加比例為0.5%時，電池的循環(huán)次數為4009次，與常規(guī)鉛酸電池2097次相比，電池的HRPSOC循環(huán)性能明顯得到提升；并且，隨著AC1添加比例的提高，電池的循環(huán)壽命也有所提高，最高為8514次；在AC2的

3、4種添加比例中，電池最高循環(huán)次數為4353次，對應的AC2添加比例為0.5%，并且隨著添加比例的增加，電池循環(huán)壽命明顯減少；G1改善電池HRPSOC循環(huán)性能的效果最佳，隨著添加比例的增加，電池的循環(huán)次數穩(wěn)步增加，最高為19742次；在G2的四種添加比例中，電池循環(huán)性能最好的是添加量為1%時，循環(huán)次數為5142次。因此，AC1和G1比較合適于作鉛碳電池負極應用。通過對鉛碳負極化成和失效后截面的電鏡掃描分析，活性碳的加入主要是為鉛離子的還原

4、提供新的反應場所，石墨由于具有較好的導電性，在放電產物硫酸鉛顆粒之間形成了導電網絡，能在很大程度上抑制電池在HRPSOC下負極的硫酸鹽化。
　　其次，為了發(fā)揮AC1和G1兩者的作用，控制碳的添加量占和膏鉛粉質量的2%，將質量比為1:3、1:1和3:1的AC1和G1混合加入到鉛酸電池負極中，制備含兩種碳源的鉛碳負極，并研究了兩種碳源對電池HRPSOC循環(huán)性能的影響。結果表明，兩種碳源的加入顯著提高了電池的HRPSOC循環(huán)性能，當AC

5、1:G1=1:3時，電池的循環(huán)性能較好，循環(huán)次數達到36432次，遠遠優(yōu)于一般商業(yè)電池。同時，由于利用了活性碳為鉛離子還原提供額外的反應場所和石墨的良好導電性，在硫酸鉛顆粒之間形成了導電網絡，兩者的協(xié)同作用大大抑制了電池的硫酸鹽化。
　　最后，選取AC1作為碳源，通過電沉積的方法，在AC1上電沉積鉛，制得鉛碳復合材料(Pb/C)，研究了這種復合材料的陰極極化情況，發(fā)現(xiàn)該材料比AC1具有較負的析氫電勢，并將這種復合材料加入到鉛酸電池