四碱式硫酸铅的制备及其性能研究

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近些年来,随着通讯产业和电动汽车的迅猛发展,对于铅酸蓄电池又一次掀起研究的高潮,以期待出现具有更高比能量和比功率以及更长循环寿命的铅酸蓄电池。为了解决铅酸蓄电池早期容量损失问题,在正极铅膏中添加四碱式硫酸铅(4BS)作为添加剂已被证实是防止蓄电池早期容量损失的有效措施之一。本文采用水热法、球磨法以及水热结合球磨法结合三种制备方法,合成了4BS。并将制备好的4BS作为晶种添加入正极铅膏中,通过高温固化、化成等工艺,分别制备出正极生极板、熟极板,并组装成模拟电池。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、粒度测试分析仪等分析方法表征了4BS的形貌、结构、组成及粒径大小。通过对模拟电池的放电测试、库伦效率等测试方法对4BS添加入正极板进行了电池性能的研究,并通过模拟电池的初始容量测试、循环伏安法对4BS作为正极板添加剂的电化学性能进行了研究。本文首先通过水热法采取不同的温度、时间及不同反应原料制备4BS。结果表明,当反应温度为130oC、时间为5h,纯氧化铅与H2SO4溶液生成的4BS含量最高且有良好的形貌,4BS晶粒分布较均匀,但通过粒径分析得到由该法制备的4BS粒径分布范围较宽,在070μm之间。由于水热法粒径达不到标准10μm以下,故采用球磨法以此来减小生成的4BS的粒径,结果表明,当球磨时间为3h,以纯氧化铅与PbSO4反应生成的4BS含量最高,形貌较好,其粒径分布在015μm之间,虽然可以达到要求,但是考虑到PbSO4的价格会增加企业的生产成本,故该方法的可行性不高。结合以上两种制备4BS方法的弊端,采用水热结合球磨法共同制备4BS的方法来弥补前两种制备方法的缺陷。结果表明,当水热反应温度为130oC、时间为5h,球磨时间为3h,以纯氧化铅与H2SO4溶液生成的4BS含量较高,通过SEM表征,其晶粒形貌分布均匀,粒径分布范围较集中,平均粒径达到10μm内,说明由该方法制备4BS为最佳。此外,分别对这三种制备的4BS晶种称取相同质量作为添加剂加入铅酸蓄电池的正极板中,通过XRD表明,正极生极板均有4BS生成,且以水热结合球磨法制备的4BS在生极板中4BS的含量最高,粒径相对其他生极板较小,说明以4BS晶种作为添加剂,其本身的粒径对生极板中生成的4BS粒径有一定影响,4BS晶种粒径越小,在生极板中生成的4BS也就越小,形成活性物质的骨架就越牢固,对铅酸蓄电池的性能越好。通过对模拟电池的初始容量测试,以该方法制备的4BS添加入模拟电池中,其模拟电池的初始容量相对未添加4BS晶种的初始容量稍大一些,对电池的初始容量没有太大影响。在2h率模拟电池的放电曲线中,由该方法以纯氧化铅与H2SO4溶液反应为条件生成的4BS放电时间最长,可达到153min左右。且相比其他组加入4BS的模拟电池而言,库伦效率为最高。循环伏安测试中,由该方法生成的4BS添加的电极,还原峰电位相比于其他方法制备添加的电极还原电位较正,还原峰峰值最高。说明添加入该方法制备的4BS电池放电性能最好,且还原电位与氧化电位的差值最小,电池的可逆性相对最好。
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