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基于新型铅粉的铅酸蓄电池制备及其电化学性能研究

作　者: 杨丹妮
导　师: 杨家宽
学　校: 华中科技大学
专　业: 环境工程
关键词: 铅酸蓄电池废铅膏焙烧温度新型铅粉电化学性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

传统铅粉一般是由火法冶炼的铅锭经加热氧化制备而成。本课题组开发了一条低污染新工艺，即由有机酸湿法处理废铅膏直接制备新型铅粉，评价该新型铅粉作为电池电极活性材料及其电化学性能十分必要。为此，本论文采用乙酸-柠檬酸钠湿法浸出工艺处理废铅膏，得到柱状柠檬酸铅前躯体Pb3（C6H5O7）2.3H2O，重点考察了五种不同焙烧温度（350℃、375℃、400℃、425℃、450℃）对焙烧产物新型铅粉性能的影响。1、焙烧温度对新型铅粉基本物理化学性能影响规律研究新型铅粉粒度小，主要由200⁵00nm的小颗粒组成，主要晶型包括β-PbO、α-PbO及Pb。随着焙烧温度不同，其产物新型铅粉表现的特性也不同。研究结果表明，350℃和375℃的焙烧产物铅粉以多孔柱状结构为主，结构相对疏松；当焙烧温度高于400℃时，小颗粒团聚现象逐渐明显。随着焙烧温度的升高，新型铅粉的视密度增加，氧化度降低，吸水值和吸酸值呈下降趋势。新型铅粉的氧化度和吸酸值与传统铅粉较为相近，不过375℃铅粉因比表面积大，视密度远低于传统铅粉，约1.51g cm^-3，吸水值远高于传统铅粉，约240ml kg^-1。循环伏安测试结果显示，多孔疏松的375℃铅粉表现出较高的活性物质利用率和较优的初始容量。2、新型铅粉制备电池的工艺优化及反应机理研究采用自制新型铅粉制作电池，和膏时加酸量为45g/kg，采用高温、高湿（80℃、97RH%）固化24h，降温、降湿时间22h，生极板浸酸2h后采用分段恒流充电方式进行外化成。固化时，80℃高温有利于生极板中4BS的生成，延长降温降湿过程的时间有利于极板中游离铅的氧化。浸酸过程中，PbSO4颗粒沿着3BS/4BS的形貌生长，随着酸浸时间的延长，极板表面会呈现出先变疏松后致密的规律。3、焙烧温度对新型铅粉自制电池性能的影响研究新型铅粉自制电池的初始性能优异，大电流放电性能好，但循环性能有待提高。其20h率放电容量在2.6A h以上，1C放电时间超过40min，优于传统铅粉。375℃铅粉自制电池浓差极化弱，电化学阻抗小。375℃以上，随铅粉制备温度的升高，电池的初始性能基本呈递减趋势。当焙烧温度高于400℃时，小颗粒团聚形成较大颗粒，有利于形成致密的极板结构，表现较好的循环性能。450℃铅粉自制电池经过40次循环后容量保持率在70%以上，基本可满足使用要求。本论文开展的研究初步探明了新型铅粉的电化学性能及其在电池制作和循环过程中的反应机理，为湿法新工艺回收的新型铅粉的应用提供了依据，从而为废铅酸蓄电池清洁回收新工艺的优化提供了一定的技术支撑。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-23
  1.1 课题来源  10
  1.2 铅酸蓄电池  10-17
  1.3 铅粉概况及其研究  17-21
  1.4 本论文的研究路线及创新点  21-23
2 实验原料与方法  23-30
  2.1 实验原料及试剂  23-25
  2.2 主要仪器设备  25
  2.3 主要实验方法  25-30
3 乙酸-柠檬酸钠浸出体系中铅粉的制备及特性研究  30-41
  3.1 前躯体柠檬酸铅的制备及基本特性  30-32
  3.2 新型铅粉低温焙烧实验  32-36
  3.3 不同焙烧温度制备新型铅粉物理化学特性  36-37
  3.4 新型铅粉的微观电化学性能  37-39
  3.5 本章小结  39-41
4 铅粉制备电池的过程控制研究  41-58
  4.1 和膏过程  41-44
  4.2 固化过程  44-49
  4.3 化成过程  49-57
  4.4 本章小结  57-58
5 新型铅粉自制电池的性能及影响机理研究  58-73
  5.1 新型铅粉在电池制备过程中的变化  58-62
  5.2 新型铅粉自制电池的初始特性  62-68
  5.3 新型铅粉电池的循环性能  68-69
  5.4 自制电池失效机理研究  69-71
  5.5 本章小结  71-73
6 结论及建议  73-75
  6.1 结论  73-74
  6.2 建议  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-81
附录攻读硕士期间发表的学术论文及成果  81-82

基于新型铅粉的铅酸蓄电池制备及其电化学性能研究

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