鉛酸蓄電池課件

第三章鉛酸蓄電池學時：5學時主要內(nèi)容：鉛酸電池概述熱力學原理二氧化 鉛正極鉛負極鉛酸電池的電性能鉛酸電池制作工藝第三章鉛酸蓄電池學時：5學時1本章重點：蓄電池：工作原理正極：板柵的腐蝕和變形負極：鈍化；負極添加劑；負極極板的不可逆硫酸化制造工藝：與原電池相比蓄電池制造工藝的復雜性，活性物質(zhì)的制備、極板的化成。本章重點：2一、概述鉛酸蓄電池的組成、用途及發(fā)展一、概述鉛酸蓄電池的組成、用途及發(fā)展3蓄電池（二次電池）:電池的放電產(chǎn)物可借助于通反向直流電流的方法使其復原.其充放電過程是一個電能和化學能相互轉(zhuǎn)換的過程.蓄電池（二次電池）:4一個電池體系滿足哪些條件才能作為蓄電池？電池反應(yīng)可逆；只能采用一種電解質(zhì)溶液；電池放電時固體產(chǎn)物難溶解于電解液中.

鉛酸蓄電池的標稱電壓是2V，理論比能量是166.9Wh/kg，實際比能量為35～45Wh/kg一個電池體系滿足哪些條件才能作為蓄電池？5鉛酸蓄電池的主要用途

啟動用鉛酸蓄電池固定型鉛酸蓄電池蓄電池車用電池（牽引型鉛酸蓄電池）便攜設(shè)備及其他設(shè)備用鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史和趨勢發(fā)展歷史：涂膏式極板、鉛銻板柵合金、管狀電極、鉛鈣板柵合金、膠體電解液及閥控式鉛酸蓄電池趨勢：要求蓄電池是免維護型的，更便于使用；進一步提高電池的比能量；進一步提高電池的比功率；進一步提高電池的循環(huán)壽命鉛酸蓄電池的主要用途6鉛酸蓄電池的優(yōu)缺點優(yōu)點：原料易得，價格相對低廉；高倍率放電性能良好；溫度性能良好,可在-40～＋60℃的環(huán)境下工作；適合于浮充電使用,使用壽命長,無記憶效應(yīng)；廢舊電池容易回收,有利于保護環(huán)境.缺點：比能量低,一般為30～40Wh/kg；使用壽命不及Cd/Ni電池；制造過程容易污染環(huán)境,必須配備三廢處理設(shè)備.鉛酸蓄電池的優(yōu)缺點7二、鉛酸蓄電池的熱力學基礎(chǔ)電池反應(yīng)、電動勢及電極電勢雙硫酸鹽理論對放電前后活性物質(zhì)的物相分析對電解液濃度變化的精確測量二、鉛酸蓄電池的熱力學基礎(chǔ)電池反應(yīng)、電動勢及電極電勢8電極反應(yīng)

電解液中存在的離子大部分是H+和HSO4-.電極反應(yīng)9鉛酸蓄電池的電動勢只與酸的濃度有關(guān)，與蓄電池中含有的鉛、二氧化鉛或硫酸鉛的量無關(guān)；正負極的穩(wěn)定電勢接近于它們的平衡電極電勢，故電池的開路電壓與電池的電動勢接近.鉛酸蓄電池的電動勢只與酸的濃度有關(guān)，與蓄電池中含有的鉛、二氧10鉛酸蓄電池正常工作的條件電極反應(yīng)可逆；氫氣和氧氣在電極上具有較高的過電位才有可能使電池正常充放電；放電產(chǎn)物PbSO4在H2SO4水溶液中的溶解度較低。

鉛酸蓄電池正常工作的條件11活性物質(zhì)PbO2：疏松的多孔體板柵：Pb合金鑄造成的柵欄片狀物體活性物質(zhì)PbO2液相反應(yīng)機理

三、二氧化鉛電極氧化/還原反應(yīng)發(fā)生在電極與溶液的界面中間步驟是溶液中的Pb2+進行氧化還原反應(yīng)。

活性物質(zhì)PbO2：疏松的多孔體三、二氧化鉛電極氧化/12PbO2的結(jié)晶變體及其特性結(jié)構(gòu)形成條件電化學活性α-PbO2斜方晶系弱酸性及堿性溶液中，pH大約2～3以上尺寸較大、顆粒較硬，在正極活性物質(zhì)中可以形成網(wǎng)絡(luò)或骨骼，使電極具有較長的壽命;但容量較低，同時易向β-PbO2轉(zhuǎn)化β-PbO2正方晶系強酸性溶液中，pH在2～3以下更穩(wěn)定些；容量更高PbO2的結(jié)晶變體及其特性結(jié)構(gòu)形成條件電化學活性α-PbO213正極板柵的腐蝕正極板柵腐蝕的原因

正極板柵中的Pb和其他成分如Sb處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)

鉛的陽極腐蝕機理

正極板柵的腐蝕14正極板柵的長大

正極板柵的長大是由于其表面氧化膜的生成造成的正極板柵長大的后果是其線性尺寸增加、彎曲以及個別筋條的斷裂,從而造成板柵的破壞和電池正極板柵在使用過程中的變形稱為板柵的長大壽命的終止正極板柵的長大15四、鉛負極鉛負極的反應(yīng)機理四、鉛負極鉛負極的反應(yīng)機理16鉛負極的鈍化鉛負極鈍化的原因影響因素鉛負極活性物質(zhì)的收縮鉛負極的添加劑無機類添加劑：炭黑、BaSO4有機類添加劑：木素、腐殖酸鉛負極的鈍化17BaSO4的作用機理BaSO4與PbSO4的晶格參數(shù)非常接近;BaSO4在負極中高度分散放電時：BaSO4是PbSO4的結(jié)晶中心,降低PbSO4結(jié)晶時的過飽和度、使生成的PbSO4覆蓋金屬鉛的可能性減小→推遲負極的鈍化充電時：使生成的海綿狀鉛具有高度的分散性→防止其收縮BaSO4的作用機理18有機添加劑的作用機理吸附在活性物質(zhì)上，降低電極/溶液界面的自由能→阻止海綿狀鉛表面的收縮吸附在鉛上，增加PbSO4在鉛上的結(jié)晶中心生成能→推遲負極的鈍化有機添加劑的選擇得當有機添加劑的作用機理19鉛負極的不可逆硫酸鹽化活性物質(zhì)在一定條件下生成堅硬而粗大的PbSO4，它不同于正常放電時生成的PbSO4，幾乎不溶解。因此在充電時不能轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)，造成電池容量減小常常是在電池組長期充電不足或過放電狀態(tài)下長期儲存形成的硫酸鹽化的根本原因一般認為是PbSO4的重結(jié)晶防止措施發(fā)生硫酸鹽化后的處理方法

鉛負極的不可逆硫酸鹽化20五、鉛酸蓄電池的電性能鉛酸蓄電池的充放電特性五、鉛酸蓄電池的電性能鉛酸蓄電池的充放電特性21鉛酸蓄電池的容量及其影響因素電池容量主要取決于活性物質(zhì)的數(shù)量及其利用率

活性物質(zhì)的利用率與放電制度、電極和電池的結(jié)構(gòu)、制造工藝等有關(guān)鉛酸蓄電池的容量及其影響因素22鉛酸蓄電池的失效模式與循環(huán)壽命失效模式

①正極板柵的腐蝕與長大②正極活性物質(zhì)的軟化、脫落③負極的不可逆硫酸鹽化④早期容量損失影響電池循環(huán)壽命的外在因素

①放電深度②過充電程度③電解液濃度及溫度鉛酸蓄電池的失效模式與循環(huán)壽命23鉛酸蓄電池的荷電保持能力負極的自放電反應(yīng)氫的析出反應(yīng)氧的還原反應(yīng)正極板柵合金組分向負極的遷移鉛酸蓄電池的荷電保持能力負極的自放電反應(yīng)24正極的自放電反應(yīng)

氧氣的析出鉛腐蝕

正極的自放電反應(yīng)25鉛酸蓄電池的低溫充電接受能力鉛酸電池在低溫下的充電效率很低,原因是什么?為什么低溫下正極的充電接受能力比負極好?鉛酸蓄電池的低溫充電接受能力26六、鉛酸蓄電池制造工藝負極板柵澆鑄正極板柵澆鑄涂膏淋酸、壓板表面干燥極板固化干燥極板化成電池裝配鉛粉制備和膏六、鉛酸蓄電池制造工藝負極板柵澆鑄正極板柵澆鑄涂膏淋酸、壓板27板柵制造板柵的作用對板柵的要求板柵合金的選擇鉛粉制造鉛粉的制備方法鉛膏的配制進行的化學反應(yīng)板柵制造28鉛膏主要為硫酸鉛和氧化鉛的混合物，含有8%－12%的硫酸鉛。鉛膏主要為硫酸鉛和氧化鉛的混合物，29極板化成用通入直流電的方法使正極板上的活性物質(zhì)發(fā)生電化學氧化（生成PbO2），同時負極板上的活性物質(zhì)發(fā)生電化學還原（生成海綿狀鉛），這個過程稱為化成.化成時極板上的反應(yīng)中和反應(yīng)極板化成30電化學反應(yīng)電化學反應(yīng)31正極負極隔膜焊極群入電池殼裝電池蓋灌注封口劑熱封蓋焊端子電池裝配正極負極隔膜焊極群入電池殼裝電池蓋灌注封口劑熱封蓋焊端子電池32第三章鉛酸蓄電池學時：5學時主要內(nèi)容：鉛酸電池概述熱力學原理二氧化 鉛正極鉛負極鉛酸電池的電性能鉛酸電池制作工藝第三章鉛酸蓄電池學時：5學時33本章重點：蓄電池：工作原理正極：板柵的腐蝕和變形負極：鈍化；負極添加劑；負極極板的不可逆硫酸化制造工藝：與原電池相比蓄電池制造工藝的復雜性，活性物質(zhì)的制備、極板的化成。本章重點：34一、概述鉛酸蓄電池的組成、用途及發(fā)展一、概述鉛酸蓄電池的組成、用途及發(fā)展35蓄電池（二次電池）:電池的放電產(chǎn)物可借助于通反向直流電流的方法使其復原.其充放電過程是一個電能和化學能相互轉(zhuǎn)換的過程.蓄電池（二次電池）:36一個電池體系滿足哪些條件才能作為蓄電池？電池反應(yīng)可逆；只能采用一種電解質(zhì)溶液；電池放電時固體產(chǎn)物難溶解于電解液中.

鉛酸蓄電池的標稱電壓是2V，理論比能量是166.9Wh/kg，實際比能量為35～45Wh/kg一個電池體系滿足哪些條件才能作為蓄電池？37鉛酸蓄電池的主要用途

啟動用鉛酸蓄電池固定型鉛酸蓄電池蓄電池車用電池（牽引型鉛酸蓄電池）便攜設(shè)備及其他設(shè)備用鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史和趨勢發(fā)展歷史：涂膏式極板、鉛銻板柵合金、管狀電極、鉛鈣板柵合金、膠體電解液及閥控式鉛酸蓄電池趨勢：要求蓄電池是免維護型的，更便于使用；進一步提高電池的比能量；進一步提高電池的比功率；進一步提高電池的循環(huán)壽命鉛酸蓄電池的主要用途38鉛酸蓄電池的優(yōu)缺點優(yōu)點：原料易得，價格相對低廉；高倍率放電性能良好；溫度性能良好,可在-40～＋60℃的環(huán)境下工作；適合于浮充電使用,使用壽命長,無記憶效應(yīng)；廢舊電池容易回收,有利于保護環(huán)境.缺點：比能量低,一般為30～40Wh/kg；使用壽命不及Cd/Ni電池；制造過程容易污染環(huán)境,必須配備三廢處理設(shè)備.鉛酸蓄電池的優(yōu)缺點39二、鉛酸蓄電池的熱力學基礎(chǔ)電池反應(yīng)、電動勢及電極電勢雙硫酸鹽理論對放電前后活性物質(zhì)的物相分析對電解液濃度變化的精確測量二、鉛酸蓄電池的熱力學基礎(chǔ)電池反應(yīng)、電動勢及電極電勢40電極反應(yīng)

電解液中存在的離子大部分是H+和HSO4-.電極反應(yīng)41鉛酸蓄電池的電動勢只與酸的濃度有關(guān)，與蓄電池中含有的鉛、二氧化鉛或硫酸鉛的量無關(guān)；正負極的穩(wěn)定電勢接近于它們的平衡電極電勢，故電池的開路電壓與電池的電動勢接近.鉛酸蓄電池的電動勢只與酸的濃度有關(guān)，與蓄電池中含有的鉛、二氧42鉛酸蓄電池正常工作的條件電極反應(yīng)可逆；氫氣和氧氣在電極上具有較高的過電位才有可能使電池正常充放電；放電產(chǎn)物PbSO4在H2SO4水溶液中的溶解度較低。

鉛酸蓄電池正常工作的條件43活性物質(zhì)PbO2：疏松的多孔體板柵：Pb合金鑄造成的柵欄片狀物體活性物質(zhì)PbO2液相反應(yīng)機理

三、二氧化鉛電極氧化/還原反應(yīng)發(fā)生在電極與溶液的界面中間步驟是溶液中的Pb2+進行氧化還原反應(yīng)。

活性物質(zhì)PbO2：疏松的多孔體三、二氧化鉛電極氧化/44PbO2的結(jié)晶變體及其特性結(jié)構(gòu)形成條件電化學活性α-PbO2斜方晶系弱酸性及堿性溶液中，pH大約2～3以上尺寸較大、顆粒較硬，在正極活性物質(zhì)中可以形成網(wǎng)絡(luò)或骨骼，使電極具有較長的壽命;但容量較低，同時易向β-PbO2轉(zhuǎn)化β-PbO2正方晶系強酸性溶液中，pH在2～3以下更穩(wěn)定些；容量更高PbO2的結(jié)晶變體及其特性結(jié)構(gòu)形成條件電化學活性α-PbO245正極板柵的腐蝕正極板柵腐蝕的原因

正極板柵中的Pb和其他成分如Sb處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)

鉛的陽極腐蝕機理

正極板柵的腐蝕46正極板柵的長大

正極板柵的長大是由于其表面氧化膜的生成造成的正極板柵長大的后果是其線性尺寸增加、彎曲以及個別筋條的斷裂,從而造成板柵的破壞和電池正極板柵在使用過程中的變形稱為板柵的長大壽命的終止正極板柵的長大47四、鉛負極鉛負極的反應(yīng)機理四、鉛負極鉛負極的反應(yīng)機理48鉛負極的鈍化鉛負極鈍化的原因影響因素鉛負極活性物質(zhì)的收縮鉛負極的添加劑無機類添加劑：炭黑、BaSO4有機類添加劑：木素、腐殖酸鉛負極的鈍化49BaSO4的作用機理BaSO4與PbSO4的晶格參數(shù)非常接近;BaSO4在負極中高度分散放電時：BaSO4是PbSO4的結(jié)晶中心,降低PbSO4結(jié)晶時的過飽和度、使生成的PbSO4覆蓋金屬鉛的可能性減小→推遲負極的鈍化充電時：使生成的海綿狀鉛具有高度的分散性→防止其收縮BaSO4的作用機理50有機添加劑的作用機理吸附在活性物質(zhì)上，降低電極/溶液界面的自由能→阻止海綿狀鉛表面的收縮吸附在鉛上，增加PbSO4在鉛上的結(jié)晶中心生成能→推遲負極的鈍化有機添加劑的選擇得當有機添加劑的作用機理51鉛負極的不可逆硫酸鹽化活性物質(zhì)在一定條件下生成堅硬而粗大的PbSO4，它不同于正常放電時生成的PbSO4，幾乎不溶解。因此在充電時不能轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)，造成電池容量減小常常是在電池組長期充電不足或過放電狀態(tài)下長期儲存形成的硫酸鹽化的根本原因一般認為是PbSO4的重結(jié)晶防止措施發(fā)生硫酸鹽化后的處理方法

鉛負極的不可逆硫酸鹽化52五、鉛酸蓄電池的電性能鉛酸蓄電池的充放電特性五、鉛酸蓄電池的電性能鉛酸蓄電池的充放電特性53鉛酸蓄電池的容量及其影響因素電池容量主要取決于活性物質(zhì)的數(shù)量及其利用率

活性物質(zhì)的利用率與放電制度、電極和電池的結(jié)構(gòu)、制造工藝等有關(guān)鉛酸蓄電池的容量及其影響因素54鉛酸蓄電池的失效模式與循環(huán)壽命失效模式

①正極板柵的腐蝕與長大②正極活性物質(zhì)的軟化、脫落③負極的不可逆硫酸鹽化④早期容量損失影響電池循環(huán)壽命的外在因素

①放電深度