Ti_4O_7正极添加剂在铅蓄电池中的应用

作者:高根芳;朱健;代飞;何文祥 刊名:蓄电池 上传者:王二均

【摘要】选用Magneli相的Ti4O7作为铅酸蓄电池正极添加剂,运用线性扫描伏安法、交流阻抗谱法和充放电循环等表征方法,考察了添加不同含量的Ti4O7添加剂对铅酸蓄电池电极析氧过电位、放电容量和电池循环寿命的影响。结果表明,Ti4O7的添加能够有效提高析氢析氧过电位,抑制水分的分解;其高的导电性和分散性,能够提高活性物利用率,抑制不可逆硫酸盐化,延长电池的循环寿命。当Ti4O7的添加量为铅粉质量的0.2%时,蓄电池的容量提高了11.72%,而当Ti4O7的添加量为铅粉质量的0.5%时,寿命最高,提高了约16.81%。

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0前言铅酸蓄电池作为一种传统的二次电池,因其优异的性能和成本优势,在电池行业一直占有主导地位[1]。极板是蓄电池最重要的组成部分,而目前极 板配方中最常用的导电添加剂是石墨、炭黑等炭材料[2]。但炭材料在硫酸中化学性质欠稳定,其在正极充电至较高电位时,材料会被氧化,产生的二氧化碳造成导电剂流失,进而造成正极板活性物质疏松、掉粉、脱落等现象,导致电池寿命较差[3]。因此,寻求一种更加稳定的添加剂是解决上述问题的关键。Magneli相的Ti4O7是一种新能源材料,已经得到了广泛的应用[4-5],如Atraverda公司用Ti4O7混 合少量Ti5O9以Ebonex[6-7]注册而进行商业化出售。其具有高的导电性能,导电率为1770S/cm,是石墨的2.7倍,具有优秀的耐腐蚀性能,常温下不与强酸和强碱反应[8]。鉴于Ti4O7独特的物理化学性质,具有低碳、高效、环保等性能,故可将其应用到铅酸电池材料当中。由于其比石墨具有更高的导电性和稳定性,因此,有望代替石墨成为更加优异的添加剂。本文利用Magneli相Ti4O7特有的物理化学性质,通过在电极配方中添加不同量的Ti4O7考察其对电极析氧过电位、放电容量、充电接受和循环寿命的影响,深入分析其相关性质对铅酸蓄电池电化学性能的影响,进而挖掘相关要素用以提高电池的容量与循环寿命。1实验1.1实验电池的制备将100kg铅粉与一定质量的常规添加剂,以及占铅粉质量的质量分数为0.1%、0.2%和0.5%的Ti4O7添加剂,混合之后,依次加入水、稀硫酸并搅拌均匀,和膏过程的峰值温度控制在55左右,出膏前测试铅膏的表观密度,出膏温度应低于45。将制备的铅膏涂板后,进行固化干燥,并装配成12Ah的商业半成品电池,注酸后静止1h,然后对电池进行四充三放化成后待用。1.2工作电极制备将化成后的活性物质取适量制备成直径为1cm的微电极,将一端用导线焊接并用环氧树脂涂封,仅留一面为工作面,待进行电化学测试。1.3电化学表征线性伏安扫描法(LSV)和交流阻抗法(EIS)测试所用仪器为苏州瑞思特仪器有限公司RST5200F型电化学工作站。用三电极体系进行测试,其中参比电极为Hg/Hg2SO4电极,对电极为铂电极。线性扫描测试条件是:扫描速度10mV/s,扫描电位范围1.3~1.7V(相对于Hg/Hg2SO4电极);交流阻抗测试条件:振幅为5mV,频率范围为0.1Hz~100kHz。放电容量测试采用江苏张家港市金帆电源有限公司uc-XCF08型号的蓄电池检测机,按GB/T22199-2008标准方法进行测试。寿命循环性能测试采用的杭州台鼎科技有限公司的ZS-110型高精度电池测试系统,进行单只电池测试,测试方法采用恒压限流进行充放电,相关充放电方式为:恒电压14.8V,限流3A充电8h,再以6A放电至10.5V,以上过程为一个循环。2结果与讨论图1为扫描速率为10mV/s时的LSV图谱,考察了不同含量的Ti4O7对活性物质析氧电位的影响,从图中可以看出随着(Ti4O7)的增加,析氧电位逐渐向正电位方向移动,说明Ti4O7能够有效地提高析氧过电位,从而能够有效地抑制水的分解,很大程度上改善蓄电池因为过充导致的干涸而引起的失效。且随着(Ti4O7)的增加,抑制作用也在增强。这是由于含有Ti4O7的电极在硫酸溶液中的电化学活性低,因此具有很高的析氧过电位。为了更加深入研究Ti4O7添加剂含量对电极析氧反应等电化学过程的影响,在测试频率范围为0.01Hz~100kHz,电位1.5V下,对上述四种微电极进行交流阻抗测试分析,测试结果如图2所示。

参考文献

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