本文關鍵詞：新型鉛酸電池鉛碳負極及正極板柵合金性能研究

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【摘要】：隨著當今社會能源與環(huán)境污染的問題日益嚴重,人們開始著手開發(fā)新型能源,在這大背景下,混合動力和全電動汽車應運而生。電池作為電動車的核心部件,直接決定了該車性能的好壞,因此,尋求一種性能優(yōu)異的電池尤為重要。相比其他電池而言,鉛酸電池成本低廉、技術成熟,長期占據(jù)著電動車領域的大份額市場。但由于該電池難以滿足容量高、循環(huán)壽命長等高性能要求,仍制約著鉛酸蓄電池在電動汽車行業(yè)的應用。為了解決這個問題,本實驗從兩個方面著手,其一是通過添加新型碳材料來改進負極配方以此提高電池容量及循環(huán)壽命,其二是通過在正極板柵中分別添加稀土元素鑭、鈰與堿土元素鋇,以此來改進正極板柵的耐腐蝕性能。首先,本文是在傳統(tǒng)鉛膏配方的基礎上,向其添加碳納米管與復合碳粉,通過與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池進行性能測試對比,獲得最佳負極配方。通過TEM分析碳納米管與復合碳粉內(nèi)部組織結構的差異,再結合負極板的表面形貌以及電化學、XRD和初容量等相關分析測試,篩選出最佳添加的碳材料。最后通過改變碳材料含量,對比初容量測試和循環(huán)壽命測試,確定最佳添加含量；其次,本文向Pb-Ca-Sn合金中分別添加不同含量的鋇、鑭、鈰,通過分析合金的顯微組織以及腐蝕層的組織形貌,結合LSV極化曲線和Tafel曲線等電化學手段以及拉伸強度及顯微硬度等力學手段,篩選出最適宜工業(yè)生產(chǎn)的金屬添加材料及配比。研究表明,對于負極板而言,最佳添加碳材料為復合碳粉,最佳配比為0.2%。與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比,其析氫電位顯著降低,有效地抑制了電池析氫效果,且容量提升4.6%,循環(huán)壽命也得到了明顯提升；而對于正極板柵而言,與原始Pb-Ca-Sn合金相比,添加鋇元素的合金耐腐蝕性能可提升23%,鑭元素則提升了6.19%,鈰元素提升了52.21%。由此可見,添加鈰元素可最大提升合金的耐腐蝕性能,但由于添加鈰的試樣抗拉強度及顯微硬度遠小于原始試樣,而添加鋇的試樣在抗拉強度和顯微硬度比原始試樣都有所提高且耐蝕性能也不差。因此,綜合考慮利弊,最終確定適宜工業(yè)實際生產(chǎn)的添加配方為：添加金屬元素為鋇,添加含量為0.03%。
【關鍵詞】：鉛酸蓄電池 鉛碳負極 正極板柵 循環(huán)壽命 耐腐蝕性能
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 引言11-12
• 1.2 鉛酸蓄電池12-15
• 1.2.1 鉛酸蓄電池的發(fā)展歷程12-13
• 1.2.2 鉛酸蓄電池的工作原理13
• 1.2.3 鉛酸蓄電池的內(nèi)部構造13-14
• 1.2.4 鉛酸蓄電池的失效形式14-15
• 1.3 鉛碳電池15-18
• 1.3.1 鉛碳電池優(yōu)勢15
• 1.3.2 鉛碳電池的結構15-16
• 1.3.3 鉛碳電池存在的問題及研究進展16-18
• 1.4 鉛酸蓄電池正極板柵合金的研究18-28
• 1.4.1 板柵在鉛酸蓄電池中的作用18
• 1.4.2 正極板柵的腐蝕18-20
• 1.4.3 正極板柵國內(nèi)外研究進展20-25
• 1.4.3.1 二元板柵合金23-24
• 1.4.3.2 多元板柵合金24-25
• 1.4.4 稀土元素的研究背景25-27
• 1.4.5 鋇、鑭、鈰作為合金添加劑的研究背景27-28
• 1.4.5.1 鋇的性質(zhì)27-28
• 1.4.5.2 鑭的性質(zhì)28
• 1.4.5.3 鈰的性質(zhì)28
• 1.5 研究意義及課題來源28-29
• 1.5.1 課題來源28
• 1.5.2 研究意義28-29
• 1.6 研究內(nèi)容29-31
• 第二章 實驗材料及試驗方法31-49
• 2.1 實驗材料與設備31-34
• 2.1.1 實驗材料與試劑31-34
• 2.2 實驗方案與技術路線34-35
• 2.3 試樣的制備35-39
• 2.3.1 負極板的制備35-36
• 2.3.2 鉛酸蓄電池的制備36-39
• 2.3.2.1 鉛酸蓄電池組裝36-37
• 2.3.2.2 電池的加酸與化成37-39
• 2.3.3 極板柵合金制備39
• 2.4 測試技術與研究方法39-49
• 2.4.1 顯微組織結構觀察39-41
• 2.4.1.1 金相制樣39-41
• 2.4.1.2 掃描電鏡(SEM)41
• 2.4.1.3 X射線衍射(XRD)41
• 2.4.2 電化學性能測試41-44
• 2.4.2.1 LSV極化性能41-43
• 2.4.2.2 Tafel極化性能43-44
• 2.4.3 力學性能測試44-46
• 2.4.3.1 微硬度測試44-45
• 2.4.3.2 拉伸性能測試45-46
• 2.4.4 電池性能測試46-47
• 2.4.4.1 初容量測試46-47
• 2.4.4.2 動力循環(huán)壽命測試47
• 2.4.5 恒電流加速腐蝕失重試驗47-49
• 第三章 正極板柵合金的顯微組織與性能研究49-65
• 3.1 顯微組織分析49-54
• 3.1.1 金相顯微組織結構分析49-50
• 3.1.2 掃描電鏡組織結構分析50-54
• 3.2 電化學性能研究54-57
• 3.2.1 線性掃描伏安(LSV)曲線分析54-55
• 3.2.2 塔菲爾(TAFEL)曲線分析55-57
• 3.3 恒電流腐蝕失重試驗57-59
• 3.4 力學性能相關測試59-62
• 3.4.1 拉伸性能分析測試59-61
• 3.4.2 微硬度分析測試61-62
• 3.5 本章小結62-65
• 第四章 鉛碳負極的顯微組織及性能研究65-75
• 4.1 鉛碳電池負極碳材料的篩選65-71
• 4.1.1 碳材料透射電鏡(TEM)分析65-66
• 4.1.2 負極生極板的表面形貌分析測試66-68
• 4.1.3 線性掃描伏安(LSV)曲線分析68
• 4.1.4 XRD分析測試68-69
• 4.1.5 初容量測試69-71
• 4.2 鉛碳電池負極碳材料的配比71-73
• 4.2.1 初容量測試71-72
• 4.2.2 動力循環(huán)壽命測試72-73
• 4.3 本章小結73-75
• 第五章 結論與展望75-77
• 5.1 結論75-76
• 5.2 存在的問題及未來展望76-77
• 致謝77-79
• 參考文獻79-87
• 附錄A 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和專利87-89
• 附錄B 攻讀碩士學位期間所參加科研項目和獲獎情況89

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本文編號：628883