电解液添加剂对铅酸电池低温性能影响的研究
铅酸电池是最重要的二次电池之一，被广泛应用在各个行业中。低温会导致铅酸电池的放电容量降低，充电困难，进而影响到铅酸电池的使用寿命。低温性能不佳限制了铅酸电池在冬季尤其是北方地区的应用，向铅酸电池中加入添加剂是提高其性能常用、有效的方法，目前有关提高铅酸电池低温性能以及添加剂的研究较少，探究铅酸电池低温性能并寻找可以有效提高铅酸电池低温性能的添加剂具有重要的应用价值。本论文研究了氧化铋、硫酸亚锡、硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠、L-半胱氨酸、柠檬酸钠六种物质作为铅酸电池的电解液添加剂的应用性能，对电池进行低温放电容量测试、低温循环能力测试、低温充电接受能力测试，探究这六种添加剂对电池低温性能的影响，筛选合适的电解液添加剂；使用X射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）、循环伏安法（Cyclic Voltammetry，CV）研究了L-半胱氨酸影响铅酸电池低温性能的作用机理。此外，还研究了二氧化硅含量对胶体电池低温性能的影响并比较了胶体电池和使用硫酸溶液的电池二者之间低温性能的差异。主要研究结果如下： 1、铅酸电池的低温放电容量比常温低，0℃、-10℃、-20℃环境下，铅酸电池的0.5C放电容量约为常温放电容量的80%、70%、50%。向硫酸溶液中氧化铋、硫酸亚锡、L-半胱氨酸、柠檬酸钠四种添加剂可以提高铅酸电池的低温放电容量，其中L-半胱氨酸、柠檬酸钠对电池的低温放电容量提升较多；随着温度降低，氧化铋对电池低温放电容量的提升效果逐渐减弱。加入硫酸亚锡和柠檬酸钠的电池作为添加剂的电池循环稳定性不好，循环放电容量衰减快；加入氧化铋的电池循环稳定性较好，随着环境温度的降低，添加氧化铋对电池低温循环放电容量的提升越来越小。添加氧化铋和L-半胱氨酸可以增大电池的低温充电电流，提高电池的低温充电接受能力。 2、电解液中添加L-半胱氨酸的铅酸电池低温性能最好，在0℃、-10℃、-20℃环境下，添加量0.2%wt的L-半胱氨酸可以将铅酸电池的放电容量提高10%、11%、11%，可以将铅酸电池的充电电流提高7.5%、8.2%、10.2%。通过XRD、SEM、CV等表征手段发现，L-半胱氨酸可以改变电池负极表面硫酸铅晶体的形貌，降低硫酸铅晶体的结晶度，使硫酸铅晶体形貌更加不规则，同时抑制大的硫酸铅晶体生成，这些硫酸铅晶体更容易在充电过程中被还原为铅，提高了电池的充电接受能力和氧化还原反应的可逆性，抑制了负极的硫酸盐化现象，提高电池的低温性能。 3、二氧化硅的含量会影响胶体电解质的物理化学性质。随着二氧化硅含量的增加，胶体电解质的凝胶时间缩短、粘度增加、稳定性增加；胶体电池的放电容量低于使用硫酸溶液的电池，而且随着二氧化硅含量的增加，胶体电池的放电容量越来越低；二氧化硅含量为4%wt和6%wt的胶体电解质能减缓因环境温度降低而导致的电池放电容量下降幅度，提高铅酸电池的低温循环放电能力、循环稳定性和低温充电接受能力。
铅酸电池;电解液添加剂;L-半胱氨酸;二氧化硅;低温性能
吉林大学
硕士
物理化学
林海波
2020
中文
TM912.1;TM242:TM201.4
2020-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）