析氢抑制剂对Pb-C电池负极电化学性能的影响

论文摘要

Pb-C电池在高倍率部分荷电状态（HRPSoC）具有良好的循环性能而被作为动力电池应用于混合动力电动车中。电化学活性炭（EAC）的引入可以提高负极HRPSoC循环寿命,但是也会加剧充电过程中的析氢现象。为了减少氢气的析出,提高负极的循环寿命,实验在优化了EAC添加比例的基础上,进行了负极添加剂的研究并探讨了氧化铟的作用机理。首先考察了添加剂对活性炭电极上析氢速率的影响。掺入不同比例的In2O3、Ga2O3、Bi2O3加入到活性炭中,然后进行线性扫描测试。结果表明不同比例的三种添加剂加入后都有抑制析氢的作用,其中In2O3、Ga2O3和Bi2O3的最优添加比例分别为4%、2%和8%。循环伏安以及线性扫描测试的结果表明In2O3在负极工作过程中并不是完全以In2（SO4）3的形式存在并起作用。研究不同比例EAC对负极高、低倍率循环性能的影响,低倍率部分荷电状态下EAC最优添加比例为2%,高倍率部分荷电状态下EAC添加比例为0.5%比较适合。在优化了EAC添加比例的基础上实验进行了添加剂的研究,发现仅有0.04% In2O3、0.1% In2O3、0.04% Bi2O3、0.2% Bi2O3对负极LRPSoC性能有改善作用,但效果并不明显。研究不同添加剂对0.5%EAC负极HRPSoC性能影响。不含添加剂的0.5%EAC负极循环寿命为2564次。随着In2O3、Ga2O3、Bi2O3添加比例增加,负极循环寿命都会出现先升高后降低的趋势。In2O3的添加比例为0.01%时负极循环寿命最高,达到12966次,较未添加的负极寿命提高了近6倍;添加0.01%Ga2O3后负极循环寿命出现最高值,其寿命比不含添加剂的负极提高了5601次;添加0.02%Bi2O3负极循环寿命较同种类其他比例更高,达到6864次。从结果中还可以看出0.04% In2O3、0.005% Ga2O3、0.04% Ga2O3、0.04% Bi2O3会降低负极的循环寿命,说明添加剂比例的选择对负极循环寿命至关重要。通过SEM、XRD、EDS等方法对含有In2O3负极进行表征分析,结合CV、EIS、ICP测试结果,推断出In2O3的作用机理为:In2O3加入后,大部分会以In2O3和In2（SO4）3的形式存在于在负极铅膏中,并利用其本身抑制析氢的特性起作用。但过量的In2O3会使负极活性物质发生聚集现象,活性表面积降低,导电性和结晶度变差,最终导致负极循环寿命下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的及意义
• 1.2 动力电池的研究现状
• 1.3 超级电池概述
• 1.3.1 超级电池的工作原理
• 1.3.2 超级电池的结构与设计
• 1.4 Pb-C 电池的研究现状
• 1.4.1 Pb-C 电池的工作原理
• 1.4.2 Pb-C 电池的研究现状
• 1.4.3 碳材料在Pb-C 电池中应用的研究
• 1.4.4 添加剂对Pb-C 电池的影响
• 1.5 课题的主要内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料和试剂
• 2.2 实验仪器设备
• 2.3 材料的制备
• 2.3.1 活性炭负极的制备
• 2.3.2 Pb-C 电池负极的制备
• 2.4 材料的物理测试与表征
• 2.4.1 X 射线粉末晶体衍射分析
• 2.4.2 扫描电子显微镜形貌分析
• 2.4.3 电感耦合等离子体原子光谱分析
• 2.5 电池制备及电化学性能测试
• 2.5.1 电池的制备及组装
• 2.5.2 充放电性能测试
• 2.5.3 线性扫描测试
• 2.5.4 循环伏安测试
• 2.5.5 电化学阻抗谱测试
• 第3章 添加剂对活性炭电极上析氢速率的影响
• 3.1 氧化铟对活性炭电极的影响
• 3.1.1 氧化铟对活性炭电极析氢速率的影响
• 3.1.2 氧化铟对活性炭电极充放电性能的影响
• 3.1.3 阴极还原过程中氧化铟作用形式的研究
• 3.2 氧化镓对活性炭电极的影响
• 3.2.1 氧化镓对活性炭电极析氢速率的影响
• 3.2.2 氧化镓对活性炭电极充放电性能的影响
• 3.3 氧化铋对活性炭电极的影响
• 3.3.1 氧化铋对活性炭负极析氢速率的影响
• 3.3.2 氧化铋对活性炭负极充放电性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 Pb-C 电池负极的制备及电化学性能的研究
• 4.1 Pb-C 电池负极中活性炭比例的选择
• 4.1.1 活性炭对Pb-C 电池负极低倍率性能的影响
• 4.1.2 活性炭对Pb-C 电池负极高倍率性能的影响
• 4.1.3 电化学活性炭在HRPSoC 循环过程中作用机理的研究
• 4.2 析氢抑制剂对Pb-C 电池负极低倍率性能的影响
• 4.2.1 析氢抑制剂种类的影响
• 4.2.2 析氢抑制剂添加比例的影响
• 4.3 析氢抑制剂对负极高倍率性能的影响
• 4.3.1 氧化铟对负极HRPSoC 循环寿命的影响
• 4.3.2 氧化镓对负极HRPSoC 循环寿命的影响
• 4.3.3 氧化铋对负极HRPSoC 循环寿命的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 氧化铟在HRPSoC 循环过程中作用机理的研究
• 5.1 添加氧化铟负极材料的表征
• 5.1.1 氧化铟对负极材料微观形貌的影响
• 5.1.2 添加氧化铟负极材料的能谱分析
• 5.1.3 添加氧化铟负极材料的XRD 分析
• 5.2 添加氧化铟负极循环伏安特性研究
• 5.3 添加氧化铟负极交流阻抗特性研究
• 2O₃ 溶解度的影响'>5.4 荷电状态对 In₂O₃溶解度的影响
• 5.5 氧化铟对负极HRPSoC 性能作用机理的分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢