【摘 要】
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随着人类对化石能源的不断消耗,可以替代化石能源的新能源得到了各个国家的重视。其中,能够提供动力和储能的二次电池得到了非常迅速的发展,铅酸蓄电池作为历史最为悠久,生产工艺发展最为成熟的二次电池占据着绝大部分的市场。然而铅酸蓄电池的负极在使用的过程中会产生硫酸盐化现象,最终在极板表面形成一层硫酸铅钝化层,阻碍负极电化学反应的进行,造成电池失效。碳纳米材料因为良好的导电网络构造、双电层电容效应以及多孔结
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随着人类对化石能源的不断消耗,可以替代化石能源的新能源得到了各个国家的重视。其中,能够提供动力和储能的二次电池得到了非常迅速的发展,铅酸蓄电池作为历史最为悠久,生产工艺发展最为成熟的二次电池占据着绝大部分的市场。然而铅酸蓄电池的负极在使用的过程中会产生硫酸盐化现象,最终在极板表面形成一层硫酸铅钝化层,阻碍负极电化学反应的进行,造成电池失效。碳纳米材料因为良好的导电网络构造、双电层电容效应以及多孔结构的形成和空间效应可以有效地缓解负极的不可逆硫酸盐化,因此提升了电池的性能和延长了电池的使用寿命。但是碳材料具有较低的析氢过电位会加剧负极的析氢反应,造成电解液逐渐失水,流动性降低,影响电化学反应的正常进行,最终导致电池失效。针对以上问题,本论文采用一种碳纳米复合导电剂将其加入到负极活性物质当中。研究发现,相比于空白样的电池,碳纳米复合导电剂当中碳黑和石墨烯复合材料的质量比为1:3时,其C20从4.003 Ah到4.374 Ah,提升了9.3%;充电接受能力从4.04到8.91,提升了120.5%;大电流放电时间从0.469 h到0.544 h,提升了16.0%;HRPSo C循环寿命从2461次到7968次,提升了223.8%;负极活性物质利用率从62.84%从68.66%,提升了9.3%。其原因可能是:该种碳纳米复合导电剂构建的三维导电网络结构使导电剂与铅负极活性物质的结合更加稳固和紧密,改善了碳材料和负极活性物质的亲和性;提供了双电层电容效应;提高了析氢过电位。本论文将石墨烯复合导电剂加入到负极活性物质当中,相比于石墨烯纳米片,电池的C20从4.110 Ah到4.374 Ah,提升了6.4%;充电接受能力从8.33到8.91,提升了7.0%;大电流放电时间从0.536 h到0.544 h,提升了1.5%;HRPSo C循环寿命从4243次到7968次,提升了87.8%;负极活性物质利用率从64.52%到68.66%,提升了6.4%。其原因可能是:石墨烯复合导电剂具有更高的析氢过电位和比电容值,与负极活性物质具有更好的亲和性。在负极加入石墨烯复合导电剂的同时用石墨烯浆料对负极板栅进行表面包覆,电池性能在保持原有提升的基础上,其充电接受能力和大电流放电时间得到了进一步的提升。其原因可能是:石墨烯的包覆层在负极板栅与负极活性物质（NAM）的界面之间建立了良好的电子相互作用,提供了从负极板栅到负极活性物质的有效电子传输路径。本论文通过对石墨烯复合材料制备工艺进行了一系列优化,成功地将石墨烯复合导电浆料导入了艾诺斯重庆华达电源有限公司的型号电池生产线,装配成型号电池（HX410F,12 V/105 Ah）。型号电池的性能测试结果显示,石墨烯复合导电浆料的加入提升了电池的电导,降低了电池的内阻,增加了电池的10小时率放电容量,提升了电池的大功率放电性能和循环稳定性。
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