鉛酸蓄電池極板常用添加劑及作用

短纖維根據(jù)使用材料不同，一般分為聚酯纖維(滌綸材料)，PP纖維(丙綸材料)和聚丙烯腈纖維(腈綸材料)，不同的材料具有不同的性質(zhì)，對(duì)極板添加劑中使用的短纖維除纖維直徑、長(zhǎng)度外，在70℃酸中的耐酸性以及在酸中分散性(是否沉降)對(duì)極板的性能都有影響。

// 2 常見(jiàn)添加劑 //

--------------------------------------------------------------------------------

2.1 短纖維

2.1.1 種類和特性

2.1.2 作用

正、負(fù)鉛膏中都使用，其主要作用：增加活性物質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度，防止脫落，從而提高循環(huán)性能，有些文獻(xiàn)報(bào)道，少量添加時(shí)有利于H2SO4向電極內(nèi)部擴(kuò)散，可以提高正極板的孔率，提高初容量;但加入量多時(shí)初容量無(wú)利。

2.2 碳素材料

2.2.1 種類和特性

碳素材料有：乙炔黑(炭黑)、超導(dǎo)電炭黑、碳纖維、石墨。乙炔黑是一種納米材料，具有高分散性，石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，碳纖維直徑為0.1—1.0μm，其電阻與PbO2基本相同。碳纖維的最大特點(diǎn)是纖維細(xì)長(zhǎng)，加入鉛膏不降低其表現(xiàn)密度，容易被氧化，化成時(shí)損失一半。

2.2.2 作用

這幾種物質(zhì)都能提高活性物質(zhì)的利用率以及低溫大電流放電性能，但各有特點(diǎn)：添加各向異性石墨，在正極化成時(shí)受到陽(yáng)極氧化，硫酸浸入石墨的層與層之間，化成后，活性物質(zhì)的毛細(xì)孔增加了，這種大孔徑的微孔作用向極板內(nèi)部供應(yīng)電解液，從而提高活性物質(zhì)的利用率。楊乘英等[2]研究發(fā)現(xiàn)：加入高純石墨有以下作用：①提高電極的孔率和潤(rùn)濕性能，能提高正極活性物質(zhì)的利用率和容量;②減少內(nèi)阻，提高導(dǎo)電性;③加入石墨使正極的自放電增加，必須注意石墨中雜質(zhì)的含量，以不同產(chǎn)地進(jìn)行對(duì)比選擇。張玉峰等[1]研究發(fā)現(xiàn)在正極板中加入—定量的碳纖維，活性物質(zhì)利用率提高9 %，低溫放電性能提高50 %，使用石墨可能導(dǎo)致過(guò)度膨脹，使活性物質(zhì)脫落。朱松然[3]等研究發(fā)現(xiàn)在負(fù)極中增加碳的含量可以提高電池容量和充電接受能力，但會(huì)降低氫析出的過(guò)電位10～20mV。D.P. Poden[4]研究發(fā)現(xiàn)：炭黑的作用是在深放電時(shí)提高活性物質(zhì)的導(dǎo)電性能，因深放電時(shí)，阻抗較高的硫酸鉛濃度都高。但是Vind則認(rèn)為，炭黑對(duì)容量幾乎沒(méi)有影響，只在低溫時(shí)稍有作用，但是化成時(shí)，對(duì)極板有沖洗作用，也能減緩由于添加劑中的其他成分引起的最終充電電壓過(guò)高現(xiàn)象，在化成或放電時(shí)充當(dāng)導(dǎo)體，其使用量與木素差不多，沒(méi)有人準(zhǔn)備使用過(guò)量的炭黑。

現(xiàn)在鉛酸蓄電池生產(chǎn)廠使用較多的是炭黑，有的在正、負(fù)極板中都使用。

2.3 硫酸鋇

2.3.1 種類和特性

用來(lái)作添加劑的硫酸鋇有兩種：一種是重晶石粉，它從溶液中沉淀出來(lái)，其顆粒直徑為1 μm，—種是重晶石，圓形的精礦石，其顆粒直徑為3～5μm，重晶石比重晶石粉的作用差許多。吳壽松先生[5]也提出使用沉淀法生產(chǎn)的BaSO4，國(guó)內(nèi)有的廠家中稱生產(chǎn)超細(xì)BaSO4;能過(guò)1 250目的分子篩。

硫酸鋇具有與PbSO4相似的結(jié)構(gòu)，硫酸鋇在硫酸中難溶且電化學(xué)活性低，這些特性確保在負(fù)極板中保持化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

2.3.2 作用

硫酸鋇的作用就是在電池放電時(shí)為PbSO4沉積提供晶核。加入惰性的硫酸鋇可以提供很大的表面讓PbSO4沉積，阻止形成不透水的鈍化層，因而防止極板鈍化。

D.P.Boden[4]認(rèn)為硫酸鋇的含量對(duì)電池的冷起動(dòng)性能無(wú)關(guān)，因?yàn)樵诖箅娏鞣烹姾偷蜏丨h(huán)境中，鈍化并沒(méi)有嚴(yán)重地局限電池的性能，離子遷移的速度才是最大的影響因素。但是Doug Lambert[7]則與D.P.Boden的認(rèn)識(shí)相反，他認(rèn)為BaSO4具有改進(jìn)電池在低溫環(huán)境下的高倍率性能。

幾乎所有的蓄電池生產(chǎn)廠都在各種用途的鉛膏中加入BaSO4。

2.4木素磺酸鈉

2.4.1 種類和特性

木素根據(jù)下列進(jìn)行分類

① 性化學(xué)基團(tuán)(羥基、羧基、甲氧基)。

② 木素中有機(jī)S的含量。

③平均分子量的大小低分子量(LW)：15 000～30 000; 中分子量(N)：30 000～50 000;高分子量(HW)：50 000～80 000。

④使用物質(zhì)的純度。

根據(jù)產(chǎn)地不同，市場(chǎng)上最主要的有：國(guó)產(chǎn)木素、挪威木素、日本木素、美國(guó)木素和德國(guó)木素，都來(lái)自于木材市場(chǎng)，但由于使用的木材和生產(chǎn)工藝不同，其木素的性質(zhì)又有不少差異;對(duì)電池性能的好壞又存在不同。

木素磺酸鈉有很強(qiáng)的分散性，其分子式為RSO3Na，在水中可電離成RS O3—和Na ，在硫酸中生產(chǎn)Na2SO4和木素磺酸，具有疏水的有機(jī)基團(tuán)(R )和親水的無(wú)機(jī)基團(tuán)(SO3—)，R基團(tuán)為復(fù)雜的芳基聚醚，其中有羥基(—OH)、羧基(—COOH)、甲氧基(—OCH3)，在負(fù)極板中疏水基團(tuán)吸附在鉛微粒表面，面向電解液產(chǎn)生斥力，阻止鉛沉積，避免其表面積縮小。

2.4.2 作用

木素最大的作用是能提高電池低溫高倍率放電容量，這點(diǎn)是大家公認(rèn)的，但它又有相應(yīng)的缺點(diǎn)，楊軍[8]和吳壽松[5]研究發(fā)現(xiàn)木素對(duì)負(fù)極的充電接受能力有影響。張永健[1]和郭志剛[9]等研究發(fā)現(xiàn)木素在和膏中發(fā)稀，存在早期容量衰減、化成后起皮的現(xiàn)象。負(fù)極板存在粘連問(wèn)題，其粘連的情況與木素在酸中的溶解性成正比，溫度越高，粘連越嚴(yán)重。

2.5 腐殖酸

2.5.1 特性和種類

腐殖酸是一種天然的有機(jī)高分子化合物，存在于土壤的腐殖質(zhì)和低級(jí)煤的物質(zhì)中，具有芳香核、羥基、羧基、醌基、甲氧基等活性基團(tuán)，腐殖酸為黑褐色或黑色無(wú)定形粉末，有分散和乳化作用。根據(jù)生產(chǎn)方式不同，主要有酸法腐殖酸和堿法腐殖酸，隨地區(qū)不同，腐殖酸中雜質(zhì)的含量也有不同，對(duì)電池的性能也有差別。

2.5.2 作用

腐殖酸作為負(fù)極活性物質(zhì)的添加劑，它能夠吸附在負(fù)極板的鉛晶體表面上。使鉛得以保持其高分散性，在放電過(guò)程中，形成PbSO4不能直接包圍鉛粒，防止負(fù)極板收縮，因此腐殖酸對(duì)提高電池的放電容量，特別是電池的低溫放電容量效果明顯，腐殖酸同時(shí)具有提高氫的過(guò)電位，減少自放電作用，其中腐殖酸的羧基對(duì)鉛電池的去極化發(fā)揮重要作用。腐殖酸的低溫高倍率放電性能比木素差。

2.6 硬酯酸類

2.6.1 種類和特性

作為負(fù)極添加劑主要使用硬酯酸鋇和硬酯酸鈉，它與硫酸反應(yīng)生成硬酯酸(具有二個(gè)羧基)和BaSO4 (或Na2SO4)

2.6.2 作用

因反應(yīng)生成硬酯酸和BaSO4 (或Na2SO4)，硬酯酸為表而活性劑，防止鉛電極表面收縮，BaSO4的作用同亡，使用硬酯酸鋇后可減少硫酸鋇的加入量。

--------------------------------------------------------------------------------

// 3 其他添加劑 //

--------------------------------------------------------------------------------

有機(jī)添加劑還有牛皮木素類，萘磺酸鹽、偶氮蒽藍(lán)、丹寧酸及其他有機(jī)合成物。

無(wú)機(jī)添加劑合成物中還有SrSO4、SiO2、TiO2、Al2(SO4) 、等。

以上這些添加劑蓄電池生產(chǎn)廠現(xiàn)在很少采用，其對(duì)蓄電池性能不清楚。

--------------------------------------------------------------------------------