铅酸蓄电池板栅镀铋、锡及不同倍率放电正负极行为的研究

论文摘要

阀控式铅酸（VRLA）蓄电池因其免维护、性能优良、价格低廉以及不污染环境等优点而受到广大用户的欢迎。目前VRLA电池正极板栅多采用Pb-Ca-Sn合金，而这种板栅合金的钝化问题仍然是影响免维护铅酸蓄电池深放电能力和电池寿命的主要原因之一。本论文通过电化学沉积法在Pb-Ca-Sn正极板栅表面镀上锡、铋金属，研究其对Pb-Ca-Sn合金阳极膜及电池性能的影响。此外，高137mm的极板在高倍率放电时极板上下会产生很大压降，从而引起极板上电流和电势的分布和活性物质的利用率不均匀。本论文还研究了12V20Ah VRLA蓄电池不同倍率放电下极板上下部电势、电流分布，探索电池容量受限原因。得到如下结论：采用叠加交流伏安法、线性电势扫描法、交流阻抗法等研究Pb-Ca-Sn合金表面镀锡、铋在硫酸溶液中生长的阳极膜性质。实验表明，Pb-Ca-Sn合金表面电镀金属锡、铋，能够抑制阳极膜中导电性差的PbO层生长，促进导电性较高的PbO1+x（0<x<1）的生成，提高板栅/活性物质间的导电性，增强合金耐腐蚀性能。镀膜对氧的析出速率影响不大，但加大氢气的析出速率。研究正极板栅表面镀锡、铋对电池性能的影响。结果表明，正极板栅表面镀锡、铋，能够提高电池高倍率放电容量；降低正极板高倍率放电时的极化；延长电池深循环寿命；降低循环过程中的放电内阻，尤其是正极板内阻；减少电池循环过程中的失水和正极板栅的腐蚀；改变腐蚀层的形貌结构；提高腐蚀层的孔隙率和减少钝化层的生成。研究电池失效原因，发现在寿命后期正极活性物质明显软化。正极极化大，限制了电池的容量。通过测定实际电池高倍率放电时上下部电流、电势分布，表明电池随着放电倍率的增加，放电容量降低，并且发现电池高倍率放电容量对温度十分敏感。模拟电池上下部放电实验发现，放电初期，上部的活性物质比下部优先放电，随着放电的进行，转而下部放电电流更大，最后上下部的电流趋于一致。高倍率放电，单格电压更不均匀，正负极上下电势差别加大。负极对环境温度更为敏感，温度越低，负极极化程度越大，成为限制电池容量的主要因素。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 铅酸蓄电池简介
• 1.1.1 铅酸蓄电池的发展历史
• 1.1.2 铅酸蓄电池的现状及发展方向
• 1.1.3 铅酸蓄电池的基本结构及工作原理
• 1.2 VRLA 蓄铅酸蓄电池介绍
• 1.2.1 VRLA 蓄电池的密封原理
• 1.2.2 VRLA 蓄电池失效模式
• 1.2.3 VRLA 电池研究进展
• 1.3 铅酸蓄电池板栅/活性物质界面结构和性能
• 1.3.1 板栅合金的作用及要求
• 1.3.2 板栅合金对正极板性能的影响
• 1.3.3 正极板栅/活性物质界面结构和特性
• 1.4 选题依据及研究意义
• 1.5 研究的主要内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 镀锡、铋的铅钙锡合金阳极
• 2.1.1 实验方法
• 2.1.2 电化学测试手段
• 2.2 镀锡、铋板栅电池
• 2.2.1 实验方法
• 2.2.2 电池性能测试
• 2.3 不同倍率放电时电池上下部电流、电势测试
• 2.3.1 实验方法
• 2.3.2 电池测试
• 2.4 主要仪器设备
• 2.5 实验试剂
• 第三章 镀锡、铋对铅钙锡合金阳极膜性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 Z′- E 曲线
• 3.2.2 Z′- T 曲线
• 3.2.3 SLV 研究
• 3.2.4 E-T 曲线
• 3.2.5 EIS
• 3.2.6 析氢、析氧行为
• 3.3 本章小结
• 第四章 铅酸蓄电池正极板栅钝化研究
• 4.1 引言
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 电池高倍率放电性能
• 4.2.2 电池循环性能的研究
• 4.2.3 腐蚀层的 SEM 分析
• 4.2.4 电池失效分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 阀控式铅酸蓄电池不同倍率放电正负极行为的研究
• 5.1 引言
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 Peukert 曲线测试
• 5.2.2 电池不同倍率放电上下部电流、电势分布
• 5.3 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历