Pb-C電池負極制備及碳作用機理研究.pdf

1、為了緩解環(huán)境污染和能源危機，我國開始大力發(fā)展電動汽車。Pb-C電池由于成本低、壽命長和安全性好，適合用于混合動力車（HEV），剎車時高倍率充電，加速或爬坡時高倍率放電。
　　本研究首先制備了功能石墨烯，并將其摻入負極鉛膏中與其它種類的碳材料進行比較，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力車的Pb-C電池負極碳材料的種類和數(shù)量。并通過掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）等手段表征分析Pb-C電池負極的形貌與結(jié)

2、構(gòu)。用循環(huán)伏安、電化學阻抗等測試手段分析碳材料在Pb-C電池負極中所起的作用，并提出了負極活性物質(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。通過單因素試驗及正交試驗，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)它們在硫酸溶液中均具有電容性質(zhì)，活性炭的倍率性能很差，而石墨烯的倍率性能較好。
　　通過研究碳種類和添加量對Pb-C負極循環(huán)壽命的影響，確定Pb-C負極優(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負極的荷電狀態(tài)對循環(huán)壽命的影響，發(fā)現(xiàn)Pb-C負極在70%SoC時循環(huán)性能優(yōu)于90%SoC和50%SoC。
　　

4、研究添加碳材料對負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?。商業(yè)負極板循環(huán)結(jié)束后再充滿電仍含有硫酸鉛，而優(yōu)化的Pb-C負極板循環(huán)結(jié)束后再充滿電不含硫酸鉛，說明添加碳材料的負極板放電時產(chǎn)生的硫酸鉛顆粒較小，充電過程容易進行。通過電化學阻抗分析，發(fā)現(xiàn)碳材料可以增加鉛負極的電化學真實表面積，能夠減小鉛負極所承受的電流密度。設(shè)計的實驗證明碳材料加速充電的主要作用機制是促進電子轉(zhuǎn)移，進一步提出了負極活性物質(zhì)充