铅酸蓄电池正极活性物质PAM分析测试方法

摘要

本发明涉及一种铅酸蓄电池正极活性物质PAM分析测试方法，通过对不同荷电态的正极活性物质PAM分层取样，用X射线粉末衍射(XRD)分析，并利用Rietveld Refinement工具进行数据处理，得出每个样品的PbO

说明书

技术领域

本发明涉及到工业铅酸蓄电池领域，特别涉及一种铅酸蓄电池正极活性物质PAM分析测试方法。

背景技术

目前铅酸蓄电池极板活性物质没有系统的分析评估方法，只能通过观测外观形状、色彩，或者分析正极板中的PbO₂百分比，不能定量分析极板在不同荷电态下的活性物质的反应深度的大小，电池的设计寿命只能通过循环寿命测试结果确定，研发周期太长，不能对极板活性物质性能进行预评估，指导产品的研发与设计改进。因此，发明一种铅酸蓄电池正极活性物质PAM性能分析方法，对设计方案进行分析和寿命预评估，对进一步优化产品结构及性能设计，缩短研发周期，减少设计工作失误，设计长寿命循环型电池非常必要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种解决电池正极极板的活性物质的分析方法问题，通过对极板性能的分析评估，找出最优设计，提高产品的循环寿命，保证产品可靠性与最佳使用效果的铅酸蓄电池正极活性物质PAM分析测试方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种铅酸蓄电池正极活性物质PAM分析测试方法，包括如下步骤：

1)对不同荷电态的正极活性物质PAM分层取样，

2)用X射线粉末衍射分析(XRD)，

3)利用Rietveld Refinement工具进行数据处理，

4)得出每个样品的PbSO₄和PbO₂的质量百分含量，

5)采高斯分布函数对不同荷电态、不同层下的PbO₂的含量分布曲线进行拟合，

6)通过活性物质反应深度的变化速率，来表示正极极板活性物质的放电深度或不同极板的荷电性能优劣。

上述技术方案所述步骤1)具体为：将铅酸蓄电池的正极极板按不同百分比的放电电量进行放电，分别制作N种不同荷电态的正极极板，每种各1片，每片极板沿厚度d(mm)方向均匀分为5层，厚度取样点坐标为0.1d，0.3d，0.5d，0.7d，0.9d，每层厚度为0.2d(mm)，在每层中间部位取样，长度L方向的取样位置在0.25L～0.75L，宽度B方向的取样位置在0.25B～0.75B，每层按上、中、下，或左、中、右，取样3点，并将3个试样混合后作为标准试样，按荷电态百分比及层数分别进行编号。

上述技术方案所述步骤5)具体为：采高斯分布函数对PbO₂的含量分布曲线进行拟合，取

σ＝2.25-w/2(mm)

其中，A是拟合得到的高斯函数曲线的积分面积，Z表示极板正极活性物质PAM中的PbO₂平均含量，σ表示极板厚度方向上的平均反应深度，y₀代表统计计算的系数，w代表加权半峰宽度。

上述技术方案所述正极极板按不同的放电电量进行放电，分别制作40％，50％，60％，70％，80％，90％，100％七种不同荷电态的正极极板各1片。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

(1)本发明的PbSO₄为表征极板的主要成份，与电池寿命关系较大，在测试过程中，测试得出每个样品的PbSO4和PbO₂的质量百分含量，通过测定极板活性物质PAM的反应深度来预评估电池的循环寿命大小及各种产品设计方案的优劣，通过反应深度的变化速率，确定各类设计电池的合适的放电深度。

(2)本发明解决了电池正极极板的活性物质的分析方法问题，通过对极板性能的分析评估，放电深度、极板反应深度及循环寿命对比，找出最优设计，提高产品的循环寿命，保证产品可靠性与最佳使用效果。

具体实施方式

(实施例1)

本发明将铅酸蓄电池正极极板按不同的放电电量进行放电，分别制作40％，50％，60％，70％，80％，90％，100％等不同荷电态的正极极板各1片，依次用1，2，3，4，5，6，7表示，每片极板沿厚度d(mm)方向分为5层，每层厚度为0.2d(mm)，在每层中间部位取样，厚度取样点坐标为0.1d，0.3d，0.5d，0.7d，0.9d，长、宽方向的取样位置在0.25L～0.75L，0.25B～0.75B范围内，每层按上、中、下，或左、中、右，取样3点，并将3个试样混合后作为标准试样，分别用-1，-2，-3，-4，-5表示，按荷电态及层数分别进行编号，如4-3表示荷电态70％极板的第3层样品，所取样品用X射线粉末衍射(XRD)，并利用Rietveld Refinement进行数据处理，得出每个样品的PbSO₄和PbO₂的质量百分含量。

采用高斯分布函数对PbO₂的含量分布曲线进行拟合，取

σ＝2.25-w/2(mm)

其中，A是拟合得到的高斯函数曲线的积分面积，Z表示极板正极活性物质PAM中PbO₂的平均含量，σ表示厚度方向上的平均反应深度，y0代表统计计算的系数，w代表加权半峰宽度。通过活性物质反应深度的变化速率，来表征极板活性物质的最佳荷电态(放电深度)或不同极板的荷电性能优劣。

下面通过采用不同设计方案的A型、B型铅酸蓄电池正极活性物质PAM分析测试方法的实施例，进一步说明本发明内容及其有益效果。

1、将A型、B型铅酸蓄电池样品分别按放电深度0％，10％，20％，30％，40％，50％，60％进行放电，放电后，极板的荷电态分别为100％，90％，80％，70％，60％，50％，40％。

2、将A型、B型铅酸蓄电池解剖，取样极板并烘干，对每片极板进行标识，每片极板上分5层取样，每层取3个样，按上、中、下，或左、中、右，取样3点，并将3个试样混合后作为标准试样，按荷电态及层数分别进行编号，所取样品用X射线粉末衍射(XRD)分析，并利用Rietveld Refinement工具进行数据处理，得出每个样品的PbO₂的质量百分含量如表1、表2。

表1为A型电池不同荷电态下分层PbO₂含量，表2为B型电池不同荷电态下分层PbO₂含量。

表1

表2

采高斯分布函数对不同荷电态、不同层下的PbO₂的含量分布曲线进行拟合，用Z则表示极板正极活性物质PAM中PbO₂的平均含量，σ表示厚度方向上的平均反应深度，R代表拟后结果的置信度，本拟后结果是可信，如表3。

表3

3、分析正极板PAM反应深度在放电过程中的变化趋势，对比发现A型电池荷电态为40％(放电深度为60％)时反应深度为1.582，荷电态为60％(放电深度为40％)时反应深度1.193，放电深度减小了24.6％，反应深度变化速率大，放电深度加深，按经验分析，放电深度加深，容量衰减会加快，循环寿命快速降。而B型电池荷电态为40％(放电深度60％)的反应深度为1.202，与A型荷电态为60％(放电深度40％)时反应深度1.193相接近，说明B型电池在较深的放电深度60％下，仍能保持较好的循环寿命，可预评估出B型电池的设计优于A型。

1、A型、B型电池的容量衰减速率与循环寿命分析

40％DOD放电循环制式为：

a)0.1C放4h；

b)2.35V/只，限流0.25C充3h；

c)继续第a)、b)步骤循环100次；

d)循环100次结束后以2.35V/cell，限流0.2C充电24h，充电

结束再进行C10容量检测；

e)重复a)～d)直至核对性容量检测小于80％C10为止。

60％DOD放电循环制式为：

a)0.1C放6h；

b)2.35V/只，限流0.25C充5h；

c)继续第a)、b)步骤循环100次；

d)循环100次结束后以2.35V/cell，限流0.2C充电24h，充电

结束再进行C10容量检测；

e)重复a)～d)直至核对性容量检测小于80％C10为止。

(1)容量衰减速率

A型电池按放电深度40％DOD循环制式循环至第500次时实放容量为初始容量的99.2％，按放电深度60％DOD循环制式循环至第500次时实放容量为初始容量的87.5％，B型电池按放电深度60％DOD循环制式循环至第500次时实放容量为初始容量的99.4％，

试验表明，A型电池放电深度40％DOD循环和B型电池放电深度60％DOD，容量衰减速率均较小，说明A型电池适用于40％浅循环，B型电池适用于60％深循环。

(2)循环寿命次数

A型电池放电深度40％DOD循环次数为1800次，而放电深度60％DOD循环次数只有800次，B型电池放电深度60％DOD循环次数为1700次，与A型电池放电深度40％DOD循环次数接近。

综合放电深度、极板反应深度及循环寿命对比，A型电池放电深度为60％时极板反应深度为1.582，放电深度为40％时极板反应深度为1.193，减小了24.6％，对应的循环寿命增加至2.1倍，而B型电池放电深度60％时的极板反应深度为1.202，与A型电池放电深度40％时的极板反应深度1.193相近，循环寿命次数相近。这说明通过测定极板活性物质PAM的反应深度来预评估电池的循环寿命及各种产品设计方案的优劣，通过反应深度的变化速率，设计电池的合适的放电深度。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。