四碱式硫酸铅在铅酸电池中的应用

摘要

现有工作充分证明四碱式硫酸铅(4BS)具有提高铅酸电池充放电循环寿命以及放电容量的作用。直接用4BS作为电池正极活性材料，可以省去固化过程，缩短铅酸电池制造耗时，降低成本和能耗，但目前报导的4BS的生产方案成本过高。发现了一种简单有效的方法合成了高纯度的4BS微米棒，研究了将其直接作为铅酸电池正极活性材料的可能性，探讨了Pb3O4、SnSO4以及Sb2O3等添加剂对其电化学性能的影响。
　　首先，使用PbO和H2SO4反应合成了长度为10μm，直径为1μm左右的4BS微米棒，并将其直接作为铅酸电池正极活性材料。与球磨过的大小为0.5～2μm的4BS颗粒对比，直接以4BS微米棒为活性材料的电极化成更彻底。在放电电流密度为100mA·g-1时，以4BS微米棒为活性材料的电极的放电容量为97.4mAh·g-1，高于球磨过的4BS电极的50.3mAh·g-1，说明4BS微米棒更适合作为正极活性材料使用。在放电电流密度为100mA·g-1，放电深度(DOD)为100％的条件下测试其循环性能。经过1000个充放电循环后，其放电容量依旧保持在100mAh·g-1，没有任何衰减，并且库伦效率保持在90％以上。因此相比于传统铅粉以及球磨过的4BS颗粒，以4BS微米棒作为铅酸电池正极活性材料的电极具有更高的放电容量和更长的循环寿命。
　　为了提升4BS微米棒电极的性能，研究了添加Pb3O4、SnSO4或Sb2O3对于其性能的影响。向电极中添加Pb3O4，有助于4BS微米棒电极的化成，进而提升化成后电极的初始容量。经过50个充放电循环之后，10wt.％Pb3O4的电极在100mA·g-1下的放电容量为98.4mAh·g-1，比不添加时提高了5.8％。为了进一步提升电极的性能，向含有10wt.％Pb3O4的电极中添加SnSO4或Sb2O3。结果表明，SnSO4的添加会降低4BS微米棒电极的初始放电容量，但是会提高电极稳定之后的放电容量。添加0.5wt.％SnSO4后，电极50个充放电循环之后的放电容量为105.5mAh·g-1，比只添加Pb3O4的4BS微米棒电极提高了7.2％。向含有10wt.％Pb3O4的电极中加入Sb2O3可以提高电池的放电容量。添加0.5wt.％Sb2O3时，经过50个充放电循环之后，电极在100mA·g-1下的放电容量为114.2mAh·g-1，提高了16.1％。当同时添加Pb3O4（10wt.％）、SnSO4（0.5wt.％）和Sb2O3（0.5wt.％）时，电极的容量提升明显，经过150个充放电循环之后，电极在100mA·g-1下的放电容量为121.0mAh·g-1，提高了31.4％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 铅酸电池简介

1．2．1 铅酸电池发展历史

1．2．2 铅酸电池的结构与原理

1．2．3 铅酸电池的铅膏配方以及添加剂

1．2．4 铅酸电池的制作工艺

1．3 铅酸电池电极材料的研究

1．3．1 传统铅粉

1．3．2 超细氧化铅

1．3．3 再生氧化铅

1．3．4 电化学活性硫酸铅

1．3．5 二氧化铅

1．4 四碱式硫酸铅在铅酸电池中的应用研究

1．4．1 四碱式硫酸铅的基本性质

1．4．2 四碱式硫酸铅的合成与应用

1．5 本课题研究的意义和内容

1．5．1 本课题研究的意义

1．5．2 本课题研究的内容

第二章 四碱式硫酸铅的制备及其铅酸电池正极材料性能

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂及仪器

2．2．2 材料制备与表征

2．2．3 电极制备与电池组装

2．2．4 电化学性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 合成样品的表征

2．3．2 分别以S1和S2为正极活性材料的电极的化成

2．3．3 以4BS为正极活性材料的电池的电化学性能

2．3．4 以4BS微米棒为活性材料的电极的循环性能

2．4 本章小结

第三章 添加Pb3O4、SnSO4和Sb2O3对四碱式硫酸铅电化学性能的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂及仪器

3．2．2 电极制备与电池组装

3．2．3 电化学性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．2 添加Pb3O4和SnSO4的研究

3．3．3 添加Pb3O4和Sb2O3的研究

3．3．4 同时添加Pb3O4、SnSO4和Sb2O3的研究

3．4 本章小结

4．1 研究总结

4．2 研究展望

参考文献

硕士期间发表的成果

致谢