鉛酸蓄電池課件

第三章鉛酸蓄電池學(xué)時(shí)：5學(xué)時(shí)主要內(nèi)容：鉛酸電池概述熱力學(xué)原理二氧化 鉛正極鉛負(fù)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(xué)時(shí)：5學(xué)時(shí)1本章重點(diǎn)：蓄電池：工作原理正極：板柵的腐蝕和變形負(fù)極：鈍化；負(fù)極添加劑；負(fù)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(fù)雜性，活性物質(zhì)的制備、極板的化成。本章重點(diǎn)：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(fù)原.其充放電過(guò)程是一個(gè)電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程.蓄電池（二次電池）:4一個(gè)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(shí)固體產(chǎn)物難溶解于電解液中.

鉛酸蓄電池的標(biāo)稱電壓是2V，理論比能量是166.9Wh/kg，實(shí)際比能量為35～45Wh/kg一個(gè)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(dòng)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(shì)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(shì)：要求蓄電池是免維護(hù)型的，更便于使用；進(jìn)一步提高電池的比能量；進(jìn)一步提高電池的比功率；進(jìn)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：原料易得，價(jià)格相對(duì)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(zhǎng),無(wú)記憶效應(yīng)；廢舊電池容易回收,有利于保護(hù)環(huán)境.缺點(diǎn)：比能量低,一般為30～40Wh/kg；使用壽命不及Cd/Ni電池；制造過(guò)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(diǎn)7二、鉛酸蓄電池的熱力學(xué)基礎(chǔ)電池反應(yīng)、電動(dòng)勢(shì)及電極電勢(shì)雙硫酸鹽理論對(duì)放電前后活性物質(zhì)的物相分析對(duì)電解液濃度變化的精確測(cè)量二、鉛酸蓄電池的熱力學(xué)基礎(chǔ)電池反應(yīng)、電動(dòng)勢(shì)及電極電勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(wú)關(guān)；正負(fù)極的穩(wěn)定電勢(shì)接近于它們的平衡電極電勢(shì)，故電池的開(kāi)路電壓與電池的電動(dòng)勢(shì)接近.鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)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(guò)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(jī)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(jìn)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(xué)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(zhǎng)的壽命;但容量較低，同時(shí)易向β-PbO2轉(zhuǎn)化β-PbO2正方晶系強(qiáng)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(xué)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(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)

鉛的陽(yáng)極腐蝕機(jī)理

正極板柵的腐蝕14正極板柵的長(zhǎng)大

正極板柵的長(zhǎng)大是由于其表面氧化膜的生成造成的正極板柵長(zhǎng)大的后果是其線性尺寸增加、彎曲以及個(gè)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(guò)程中的變形稱為板柵的長(zhǎng)大壽命的終止正極板柵的長(zhǎng)大15四、鉛負(fù)極鉛負(fù)極的反應(yīng)機(jī)理四、鉛負(fù)極鉛負(fù)極的反應(yīng)機(jī)理16鉛負(fù)極的鈍化鉛負(fù)極鈍化的原因影響因素鉛負(fù)極活性物質(zhì)的收縮鉛負(fù)極的添加劑無(wú)機(jī)類添加劑：炭黑、BaSO4有機(jī)類添加劑：木素、腐殖酸鉛負(fù)極的鈍化17BaSO4的作用機(jī)理BaSO4與PbSO4的晶格參數(shù)非常接近;BaSO4在負(fù)極中高度分散放電時(shí)：BaSO4是PbSO4的結(jié)晶中心,降低PbSO4結(jié)晶時(shí)的過(guò)飽和度、使生成的PbSO4覆蓋金屬鉛的可能性減小→推遲負(fù)極的鈍化充電時(shí)：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(jī)理18有機(jī)添加劑的作用機(jī)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(fù)極的鈍化有機(jī)添加劑的選擇得當(dāng)有機(jī)添加劑的作用機(jī)理19鉛負(fù)極的不可逆硫酸鹽化活性物質(zhì)在一定條件下生成堅(jiān)硬而粗大的PbSO4，它不同于正常放電時(shí)生成的PbSO4，幾乎不溶解。因此在充電時(shí)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(zhǎng)期充電不足或過(guò)放電狀態(tài)下長(zhǎng)期儲(chǔ)存形成的硫酸鹽化的根本原因一般認(rèn)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(fù)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(zhǎng)大②正極活性物質(zhì)的軟化、脫落③負(fù)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(guò)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(fù)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(fù)極的遷移鉛酸蓄電池的荷電保持能力負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(duì)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(jìn)行的化學(xué)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(xué)氧化（生成PbO2），同時(shí)負(fù)極板上的活性物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)還原（生成海綿狀鉛），這個(gè)過(guò)程稱為化成.化成時(shí)極板上的反應(yīng)中和反應(yīng)極板化成30電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)31正極負(fù)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(fù)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(xué)時(shí)：5學(xué)時(shí)主要內(nèi)容：鉛酸電池概述熱力學(xué)原理二氧化 鉛正極鉛負(fù)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(xué)時(shí)：5學(xué)時(shí)33本章重點(diǎn)：蓄電池：工作原理正極：板柵的腐蝕和變形負(fù)極：鈍化；負(fù)極添加劑；負(fù)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(fù)雜性，活性物質(zhì)的制備、極板的化成。本章重點(diǎn)：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(fù)原.其充放電過(guò)程是一個(gè)電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程.蓄電池（二次電池）:36一個(gè)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(shí)固體產(chǎn)物難溶解于電解液中.

鉛酸蓄電池的標(biāo)稱電壓是2V，理論比能量是166.9Wh/kg，實(shí)際比能量為35～45Wh/kg一個(gè)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(dòng)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(shì)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(shì)：要求蓄電池是免維護(hù)型的，更便于使用；進(jìn)一步提高電池的比能量；進(jìn)一步提高電池的比功率；進(jìn)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：原料易得，價(jià)格相對(duì)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(zhǎng),無(wú)記憶效應(yīng)；廢舊電池容易回收,有利于保護(hù)環(huán)境.缺點(diǎn)：比能量低,一般為30～40Wh/kg；使用壽命不及Cd/Ni電池；制造過(guò)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(diǎn)39二、鉛酸蓄電池的熱力學(xué)基礎(chǔ)電池反應(yīng)、電動(dòng)勢(shì)及電極電勢(shì)雙硫酸鹽理論對(duì)放電前后活性物質(zhì)的物相分析對(duì)電解液濃度變化的精確測(cè)量二、鉛酸蓄電池的熱力學(xué)基礎(chǔ)電池反應(yīng)、電動(dòng)勢(shì)及電極電勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(wú)關(guān)；正負(fù)極的穩(wěn)定電勢(shì)接近于它們的平衡電極電勢(shì)，故電池的開(kāi)路電壓與電池的電動(dòng)勢(shì)接近.鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)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(guò)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(jī)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(jìn)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(xué)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(zhǎng)的壽命;但容量較低，同時(shí)易向β-PbO2轉(zhuǎn)化β-PbO2正方晶系強(qiáng)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(xué)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(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)

鉛的陽(yáng)極腐蝕機(jī)理

正極板柵的腐蝕46正極板柵的長(zhǎng)大

正極板柵的長(zhǎng)大是由于其表面氧化膜的生成造成的正極板柵長(zhǎng)大的后果是其線性尺寸增加、彎曲以及個(gè)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(guò)程中的變形稱為板柵的長(zhǎng)大壽命的終止正極板柵的長(zhǎng)大47四、鉛負(fù)極鉛負(fù)極的反應(yīng)機(jī)理四、鉛負(fù)極鉛負(fù)極的反應(yīng)機(jī)理48鉛負(fù)極的鈍化鉛負(fù)極鈍化的原因影響因素鉛負(fù)極活性物質(zhì)的收縮鉛負(fù)極的添加劑無(wú)機(jī)類添加劑：炭黑、BaSO4有機(jī)類添加劑：木素、腐殖酸鉛負(fù)極的鈍化49BaSO4的作用機(jī)理BaSO4與PbSO4的晶格參數(shù)非常接近;BaSO4在負(fù)極中高度分散放電時(shí)：BaSO4是PbSO4的結(jié)晶中心,降低PbSO4結(jié)晶時(shí)的過(guò)飽和度、使生成的PbSO4覆蓋金屬鉛的可能性減小→推遲負(fù)極的鈍化充電時(shí)：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(jī)理50有機(jī)添加劑的作用機(jī)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(fù)極的鈍化有機(jī)添加劑的選擇得當(dāng)有機(jī)添加劑的作用機(jī)理51鉛負(fù)極的不可逆硫酸鹽化活性物質(zhì)在一定條件下生成堅(jiān)硬而粗大的PbSO4，它不同于正常放電時(shí)生成的PbSO4，幾乎不溶解。因此在充電時(shí)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(zhǎng)期充電不足或過(guò)放電狀態(tài)下長(zhǎng)期儲(chǔ)存形成的硫酸鹽化的根本原因一般認(rèn)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(fù)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(zhǎng)大②正極活性物質(zhì)的軟化、脫落③負(fù)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