卷绕式铅酸电池的研制及其板栅合金的研究

论文摘要

铅酸蓄电池面临着其它新型化学电源的严峻挑战,同时新技术的发展对铅酸蓄电池的性能也提出了新的要求,解决上述问题的一个发展方向就是开发研制高性能的卷绕式铅酸蓄电池。本文介绍了几种新型板栅合金,对各种合金的耐腐蚀性能和对容量的影响等性能进行了分析,选择了合适的板栅合金作为卷绕式铅酸电池的正极板栅,并设计了一种卷式铅酸电池,对卷绕式铅酸电池的制作工艺进行了研究。为了选择适合用于卷绕式铅酸蓄电池正极板栅的合金材料,通过恒电流腐蚀实验、合金对电池容量的影响、扫描电镜及能谱分析、合金电化学阻抗与循环伏安测试,研究了Pb-Ca合金和Pb-Sb合金的电化学性能。结果表明,2#合金（Pb-0.05%Ca-1.20%Sn-0.04%Bi-0.8%Cu-0.03%Co）腐蚀速率为19.36 mg·A-1·h-1·cm-2,具有较好的耐腐蚀能力、用该合金做成的卷绕式铅酸电池1/2C放电性能也比较好,合金的浇铸性能和流动性能也比其它Pb-Ca合金好。本文卷绕式铅酸电池极板都为2#板栅合金所浇铸。设计了一种卷绕式铅酸电池正负极板栅的尺寸和涂膏量:正极板长14.6cm,宽4.7cm;负极板长9.7cm,宽4.7cm。正极板涂膏量为14.57g,负极板涂膏量为9.27g。制作成的卷绕式电池生极板厚度为0.7mm,电池灌酸量为68.25g,此时正负极容量基本匹配,没有明显的过量。对卷绕式铅酸电池的正极板制作工艺进行了研究,发现随着正极铅膏加酸量的减少,正极的放电容量总体是减小的趋势,并且循环寿命也缩短;将刚刚卷绕完成的电池芯放入已经沸腾的水蒸气浴锅中进行1 h的水蒸气加热,发现电池的放电容量减少了,但循环性能有明显的提高;分别制作了0.6mm和0.8mm厚度的正极极板,其它条件相同制作了卷式电池,发现薄极板1/2C放电容量增加了,但循环寿命缩短。对电池进行1/2C和1/10C放电发现,卷式电池大电流放电循环寿命缩短。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 课题来源及方向
• 1.1.2 铅酸电池概述
• 1.2 板栅合金的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 板栅的作用
• 1.2.2 板栅合金应用的历史概况
• 1.2.3 板栅合金的研究现状
• 1.2.4 板栅合金的发展趋势
• 1.3 铅酸蓄电池的工作原理及组成
• 1.3.1 铅酸电池的工作原理
• 1.3.2 铅酸蓄电池的组成
• 1.4 卷绕式铅酸电池的研究现状及发展
• 1.4.1 卷绕式铅酸电池概述
• 1.4.2 卷绕式铅酸电池国外发展概况
• 1.4.3 卷绕式铅酸电池国内发展概况
• 1.4.4 卷绕式铅酸电池发展前景
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 实验方法与仪器
• 2.1 实验药品与仪器
• 2.2 合金的制备
• 2.2.1 母合金的配制
• 2.2.2 合金的配制
• 2.3 合金性能测试
• 2.3.1 合金恒电流腐蚀性能测试
• 2.3.2 容量实验
• 2.3.3 金相实验
• 2.3.4 循环伏安测试
• 2.3.5 电化学阻抗测试
• 2.4 卷绕式铅酸电池的设计制作及研究
• 第3章 卷绕式铅酸电池合金的研究
• 3.1 合金扫描电镜分析
• 3.2 能谱测试及结果分析
• 3.2.1 能谱测试结果
• 3.2.2 能谱测试结果分析
• 3.3 循环伏安测试及结果分析
• 3.3.1 循环伏安测试条件
• 3.3.2 循环伏安测试结果及分析
• 3.4 电化学阻抗测试及结果分析
• 3.4.1 电化学阻抗测试条件
• 3.4.2 电化学阻抗测试实验结果及分析
• 3.5 合金恒电流腐蚀实验及结果分析
• 3.5.1 合金的处理
• 3.5.2 合金恒电流腐蚀实验结果
• 3.5.3 铅钙合金和铅锑合金的耐腐蚀性能
• 3.6 合金对电池容量的影响
• 3.6.1 容量实验电池的制备
• 3.6.2 合金对电池容量的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 卷绕式铅酸电池的设计及研究
• 4.1 实验电池的制作步骤
• 4.1.1 板栅的选择
• 4.1.2 和膏
• 4.1.3 涂膏
• 4.1.4 电池卷成
• 4.1.5 固化干燥与化成
• 4.2 卷绕式电池正负极活性物质质量的确定
• 4.2.1 正负极板栅的设计
• 4.2.2 正负极涂膏量的确定
• 4.2.3 实验电池的化成条件
• 4.2.4 灌酸量的确定
• 4.2.5 容量测试
• 4.2.6 正负极尺寸和涂膏量的确定
• 4.3 极板厚度对电池性能的影响
• 4.4 和膏时硫酸量不同对卷绕式电池性能的影响
• 4.4.1 正极板的制备参数
• 4.4.2 负极板的制备参数
• 4.4.3 电池充放电循环性能测试
• 4.5 固化工艺对电池性能的影响
• 4.5.1 固化工艺
• 4.5.2 固化工艺对电池性能的影响
• 4.6 不同放电倍率下卷绕式电池的性能比较
• 4.6.1 卷式电池的制作
• 4.6.2 不同放电倍率下的电池性能比较
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢