鉛酸電池負極板的預處理思考范文

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《電池雜志》2015年第六期

摘要:

通過3種方式對鉛酸電池負極板進行預處理。用XRD及化學法對極板成分進行測試。用純水沖洗及純水浸泡的極板，包含雜相PbO及三堿式硫酸鉛(3BS)，XRD法與化學法的分析結(jié)果相差較大;用硼酸-水楊酸浸漬液處理后的極板，物相為目標相Pb和PbSO4，XRD法與化學法的分析結(jié)果一致，浸漬液可防止極板的氧化。經(jīng)過硼酸處理的極板，采用XRD和化學分析法測得的Pb的含量分別為76.4%和75.25%，PbSO4的含量分別為23.6%和23.18%，3BS含量均為0%。

關(guān)鍵詞:

鉛酸電池;負極板;預處理;防氧化;成分分析

鉛酸電池性能的有效發(fā)揮，與極板活性物質(zhì)的組成有緊密的關(guān)系［1］。分析極板成分及各成分含量的變化，可探究電池性能與各物相間的關(guān)系，判斷電池失效的原因，有利于改善電池的性能。鉛酸電池極板成分分析常采用的化學分析法，只能對已知物相的含量進行分析，無法對未知物相定性分析，存在很大的局限性。XRD技術(shù)可克服化學法的缺點，且XRD全譜擬合法具有操作簡單、準確度高和測試速度快等［2－3］優(yōu)點，在電池極板分析時，可同時實現(xiàn)極板成分的定性及定量分析。鉛酸電池極板中，正極板的主要成分為PbO2，比較穩(wěn)定;而負極板的主要成分為海綿狀Pb，易被氧化［4］，從電池中取出的負極板，存在易氧化、表面硫酸去除不凈導致在干燥過程中形成其他物相，如PbO、三堿式硫酸鉛(3BS)等問題，化學分析法和XRD法都會使測試結(jié)果偏離真實值。對極板成分進行分析很重要，但相關(guān)文獻報道很少［5］，因此，本文作者研究了從電池中取出的負極板的預處理方式，并采用兩種方法對極板成分含量進行分析。

1實驗

1.1浸漬液的配置將20g硼酸(上海產(chǎn)，99.5%)加入400g純水中，加熱至60℃，攪拌至完全溶解;將20g水楊酸(湖北產(chǎn)，99.0%)溶于60g乙醇(無錫產(chǎn)，AR)中，攪拌至完全溶解，然后倒入硼酸溶液中，繼續(xù)攪拌，使兩者混合均勻，待用。

1.2極板的預處理將從同一只電池中取出的3片極板，分別用下述3種方法進行預處理:①將1片極板用純水直接沖洗5～6次，在干燥箱中80℃下干燥4～5h;②將1片極板用純水沖洗若干次后，再置于純水中浸泡，期間不斷換水，直至極板表面顯中性為止，在干燥箱中80℃下干燥4～5h;③將1片極板用純水沖洗及浸泡至表面為中性后，再在80℃左右的硼酸-水楊酸浸漬液中浸泡15～20min，取出后，在干燥箱中80℃下干燥4～5h。將干燥后的極板取出，將上面的活性物質(zhì)搗下，用瑪瑙碾缽研細，收集粉體。

1.3極板成分測試分別用XRD法及化學分析法對不同方式預處理的極板進行成分測定。

1.3.1XRD法用DX-2700X射線衍射儀(丹東產(chǎn))進行成分的定性定量分析，掃描速度為2(°)/min，步長為0.02°，管壓45kV、管流30mA。

1.3.2化學分析法根據(jù)XRD定性分析的結(jié)果，測試負極板中Pb、PbO和PbSO4等的含量［6］，用0.05mol/L乙二胺四乙酸(EDTA，國藥集團，AR)進行絡(luò)合滴定。Pb的測定以20%乙酸銨(上海產(chǎn)，AR)和20%六次甲基四胺(國藥集團，AR)為緩沖劑，0.5%二甲酚橙(上海產(chǎn)，AR)為指示劑;PbO的測定以30%醋酸鈉(上海產(chǎn)，AR)和20%六次甲基四胺(國藥集團，AR)溶液為緩沖劑，0.5%二甲酚橙(國藥集團，AR)為指示劑;PbSO4的測定以25%的NaCl(上海產(chǎn)，AR)溶液為溶劑，0.5%二甲酚橙(國藥集團，AR)為指示劑，20%乙酸銨(上海產(chǎn)，AR)和20%六次甲基四胺(國藥集團，AR)為緩沖劑。

2結(jié)果與討論

2.1極板的表面狀態(tài)采用3種不同方式處理后極板表面的狀態(tài)見圖1。從圖1可知，采用方式1預處理的極板，表面仍顯較強的酸性;通過方式2預處理的極板，表面呈中性，說明表面的硫酸已被洗掉;采用方式3預處理的極板，表面顯酸性，且有少量白色物質(zhì)覆蓋，是硼酸-水楊酸浸漬液導致的。

2.2XRD分析結(jié)果

2.2.1XRD定性分析結(jié)果采用3種不同方式預處理后負極板的XRD圖見圖2。從圖2可知，經(jīng)過3種不同方式預處理后的負極板，XRD圖的衍射峰位置及強度差別很大。采用方式1、2預處理的極板，主要成分均為PbSO4、Pb、PbO和3BS，但各物相的峰強度有所不同;采用方式3預處理的極板，主要成分為Pb、PbSO4。造成不同預處理方式的極板成分不同的原因是:負極板活性物質(zhì)中含有大量的Pb，在空氣氛中干燥時會被氧化，形成PbO，在一定條件下，PbSO4、H2SO4與PbO會發(fā)生相互反應(yīng)，形成3BS等物質(zhì)，而經(jīng)硼酸浸漬液處理后，硼酸可吸附在極板表面，形成保護膜，使極板內(nèi)部的水分可以蒸發(fā)而外界空氣無法進入極板的孔隙，避免了負極板的氧化［1］。

2.2.2XRD定量分析結(jié)果采用3種不同方式預處理后極板的XRD定量分析結(jié)果列于表1。從表1可知，采用方式1、2預處理的極板成分中均含有雜相PbO及3BS，而目標相Pb的含量低于采用方式3預處理的極板;采用方式1預處理的極板中，PbO含量低于方式2預處理的極板，而3BS含量明顯高于方式2，說明在高溫干燥過程中，方式1預處理的極板中Pb被氧化生成PbO，大部分PbO與PbSO4及極板殘留的H2SO4結(jié)合，形成了3BS。采用方式2預處理的極板含有大量的PbO及少量3BS，3BS是由于極板為中性時，在干燥過程中極板中的PbSO4與少量PbO結(jié)合形成的［7］，說明極板中的活性物質(zhì)Pb極易被大量氧化。對比表1數(shù)據(jù)可知，硼酸浸漬液處理后的極板，可以防止其他雜相的形成。

2.3化學法分析結(jié)果采用3種不同方式預處理后極板的化學法分析結(jié)果列于表2。從表2可知，采用方式1、2預處理的極板，Pb含量與XRD分析結(jié)果接近，而PbO、PbSO4含量均比XRD分析結(jié)果高。這是因為采用化學方法可將極板在干燥過程中形成的3BS中的PbO及PbSO4分別滴定出來，導致PbO、PbSO4的結(jié)果偏高。由此可知，化學分析法只能對已知物相進行分析，存在一定的缺陷;采用方式3預處理的極板中，目標相Pb-SO4、Pb含量與XRD分析結(jié)果較接近。對比可知，經(jīng)硼酸浸漬液預處理之后的極板，采用化學法及XRD法都可對成分含量進行分析，但化學分析法僅限于對已知物相進行定量分析，而XRD分析法可實現(xiàn)物相的定性及定量分析。

3結(jié)論

在對鉛酸電池負極板進行預處理時，采用純水沖洗及浸泡的方式，無法防止負極板中活性物質(zhì)Pb的氧化，而硼酸-水楊酸浸漬液可氧化，保證極板成分的準確性，使XRD法和化學法對極板成分進行定性定量分析更準確。極板經(jīng)硼酸-水楊酸浸漬液預處理后，XRD及化學法對負極板成分的定量分析結(jié)果相差不大，但化學法操作繁瑣且只能分析已知成分。

作者：周燕 方明學 陳飛 趙冬冬 單位：浙江天能電池( 江蘇) 有限公司研究分院