四碱式硫酸铅的制备及在正极铅膏中的应用

摘要

随着石油、天然气等自然能源的日益减少，低能耗环保的电动车将会逐步取代燃油汽车，目前电动车的动力电源主要采用的是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池因其循环寿命短、活性物质利用率低等问题制约着电动车的广泛应用。通过研究发现影响铅酸蓄电池寿命的普遍问题是电池的正极活性物质利用率低，因此如何改善铅酸电池正极的性能则成了铅酸蓄电池生产厂家需要迫切解决的关键技术之一。最简单最有效的方法就是选择高效添加剂。
　　四碱式硫酸铅(4BS)的化学式为4PbO·PbSO4，晶粒与晶粒之间联结紧密，在正极中添加4BS，会形成以4BS为骨架的活性物质，能抑制电池早期容量损失，延长电池的寿命，得以引起人们的关注，是最近几年发展起来的新技术，因此研究4BS的特性对铅酸电池来说具有重要的意义。
　　本文主要对4BS晶体结构、理化特性并对4BS延长铅酸电池循环寿命的原理进行了评述，重点论述了4BS的制备方法以及将4BS作为添加剂添加到铅酸蓄电池时电池的性能，包括固化参数对4BS生成的影响以及溶液法、球磨法、水热合成法、热分解法和烧结法等，并对以上几种制备方法的优缺点进行了分析。采用球磨法和液相法制备了4BS，特别对液相法进行了改进创新。通过对不同的反应条件进行对比，获得了较好的工艺条件，并通过中试试验来验证能否实现工业化量产4BS。最后将制备的4BS作为添加剂添加到铅酸蓄电池正极铅膏中，考察4BS对电池充放电特性和循环寿命的影响。
　　通过实验得出了液相法的工艺条件：在水浴中将PbO和浓硫酸按摩尔比为5.5:1加入圆底烧瓶中温度保持在80℃，缓慢滴加浓硫酸，充分搅拌，保温4h后抽滤，沉淀在超声波清洗仪中用丙酮清洗，除去残留在表面3BS和PbO沉淀物，可获得纯度达95％以上的4BS晶粒。通过对添加了4BS单体的电池的充放电特性和循环寿命进行检测，发现添加了4BS的电池的充放电性能要高于未添加4BS的电池，循环寿命也大大增强；在对4BS的添加量进行检测发现，添加15%的4BS所制备的铅酸蓄电池的充放电性能和循环寿命均最理想，可显著提高正极活性物质的利用率。

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第一章 引言

1.1 研究背景

1.2 4BS概述

1.3 4BS反应进程

1.4 国内外研究现状

1.5 4BS 延长循环寿命的机理

1.6 对4BS 结构的影响因素

1.7 4BS制备方法

1.8 应用

第二章 4BS的制备及制备结果分析

2.1 试验试剂和仪器

2.2 球磨法制备4BS

2.3 溶液法制备4BS

2.4 蓄电池的制备

第三章 不同试验条件对4BS生成的结果分析

3.1 溶液法制备4BS的实验结果分析

3.2 球磨法制备4BS的实验数据分析与讨论

3.3 实验室进中试实验数据分析与讨论

3.4 液相法与球磨法的对比结果讨论

3.5 结论

3.6 本章小结

第四章 4BS在正极铅膏中应用

4.1 铅酸蓄电池失效分析

4.2 4BS 反应机理

4.3 铅酸蓄电池的电极反应

4.4 4BS作为正极添加剂在铅酸蓄电池中的应用

4.5 实验数据分析与结果讨论

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 现状与展望

致谢

参考文献

附录