铅酸电池负极板的预处理思考范文

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《电池杂志》2015年第六期

摘要:

通过3种方式对铅酸电池负极板进行预处理。用XRD及化学法对极板成分进行测试。用纯水冲洗及纯水浸泡的极板，包含杂相PbO及三碱式硫酸铅(3BS)，XRD法与化学法的分析结果相差较大;用硼酸-水杨酸浸渍液处理后的极板，物相为目标相Pb和PbSO4，XRD法与化学法的分析结果一致，浸渍液可防止极板的氧化。经过硼酸处理的极板，采用XRD和化学分析法测得的Pb的含量分别为76.4%和75.25%，PbSO4的含量分别为23.6%和23.18%，3BS含量均为0%。

关键词:

铅酸电池;负极板;预处理;防氧化;成分分析

铅酸电池性能的有效发挥，与极板活性物质的组成有紧密的关系［1］。分析极板成分及各成分含量的变化，可探究电池性能与各物相间的关系，判断电池失效的原因，有利于改善电池的性能。铅酸电池极板成分分析常采用的化学分析法，只能对已知物相的含量进行分析，无法对未知物相定性分析，存在很大的局限性。XRD技术可克服化学法的缺点，且XRD全谱拟合法具有操作简单、准确度高和测试速度快等［2－3］优点，在电池极板分析时，可同时实现极板成分的定性及定量分析。铅酸电池极板中，正极板的主要成分为PbO2，比较稳定;而负极板的主要成分为海绵状Pb，易被氧化［4］，从电池中取出的负极板，存在易氧化、表面硫酸去除不净导致在干燥过程中形成其他物相，如PbO、三碱式硫酸铅(3BS)等问题，化学分析法和XRD法都会使测试结果偏离真实值。对极板成分进行分析很重要，但相关文献报道很少［5］，因此，本文作者研究了从电池中取出的负极板的预处理方式，并采用两种方法对极板成分含量进行分析。

1实验

1.1浸渍液的配置将20g硼酸(上海产，99.5%)加入400g纯水中，加热至60℃，搅拌至完全溶解;将20g水杨酸(湖北产，99.0%)溶于60g乙醇(无锡产，AR)中，搅拌至完全溶解，然后倒入硼酸溶液中，继续搅拌，使两者混合均匀，待用。

1.2极板的预处理将从同一只电池中取出的3片极板，分别用下述3种方法进行预处理:①将1片极板用纯水直接冲洗5～6次，在干燥箱中80℃下干燥4～5h;②将1片极板用纯水冲洗若干次后，再置于纯水中浸泡，期间不断换水，直至极板表面显中性为止，在干燥箱中80℃下干燥4～5h;③将1片极板用纯水冲洗及浸泡至表面为中性后，再在80℃左右的硼酸-水杨酸浸渍液中浸泡15～20min，取出后，在干燥箱中80℃下干燥4～5h。将干燥后的极板取出，将上面的活性物质捣下，用玛瑙碾钵研细，收集粉体。

1.3极板成分测试分别用XRD法及化学分析法对不同方式预处理的极板进行成分测定。

1.3.1XRD法用DX-2700X射线衍射仪(丹东产)进行成分的定性定量分析，扫描速度为2(°)/min，步长为0.02°，管压45kV、管流30mA。

1.3.2化学分析法根据XRD定性分析的结果，测试负极板中Pb、PbO和PbSO4等的含量［6］，用0.05mol/L乙二胺四乙酸(EDTA，国药集团，AR)进行络合滴定。Pb的测定以20%乙酸铵(上海产，AR)和20%六次甲基四胺(国药集团，AR)为缓冲剂，0.5%二甲酚橙(上海产，AR)为指示剂;PbO的测定以30%醋酸钠(上海产，AR)和20%六次甲基四胺(国药集团，AR)溶液为缓冲剂，0.5%二甲酚橙(国药集团，AR)为指示剂;PbSO4的测定以25%的NaCl(上海产，AR)溶液为溶剂，0.5%二甲酚橙(国药集团，AR)为指示剂，20%乙酸铵(上海产，AR)和20%六次甲基四胺(国药集团，AR)为缓冲剂。

2结果与讨论

2.1极板的表面状态采用3种不同方式处理后极板表面的状态见图1。从图1可知，采用方式1预处理的极板，表面仍显较强的酸性;通过方式2预处理的极板，表面呈中性，说明表面的硫酸已被洗掉;采用方式3预处理的极板，表面显酸性，且有少量白色物质覆盖，是硼酸-水杨酸浸渍液导致的。

2.2XRD分析结果

2.2.1XRD定性分析结果采用3种不同方式预处理后负极板的XRD图见图2。从图2可知，经过3种不同方式预处理后的负极板，XRD图的衍射峰位置及强度差别很大。采用方式1、2预处理的极板，主要成分均为PbSO4、Pb、PbO和3BS，但各物相的峰强度有所不同;采用方式3预处理的极板，主要成分为Pb、PbSO4。造成不同预处理方式的极板成分不同的原因是:负极板活性物质中含有大量的Pb，在空气氛中干燥时会被氧化，形成PbO，在一定条件下，PbSO4、H2SO4与PbO会发生相互反应，形成3BS等物质，而经硼酸浸渍液处理后，硼酸可吸附在极板表面，形成保护膜，使极板内部的水分可以蒸发而外界空气无法进入极板的孔隙，避免了负极板的氧化［1］。

2.2.2XRD定量分析结果采用3种不同方式预处理后极板的XRD定量分析结果列于表1。从表1可知，采用方式1、2预处理的极板成分中均含有杂相PbO及3BS，而目标相Pb的含量低于采用方式3预处理的极板;采用方式1预处理的极板中，PbO含量低于方式2预处理的极板，而3BS含量明显高于方式2，说明在高温干燥过程中，方式1预处理的极板中Pb被氧化生成PbO，大部分PbO与PbSO4及极板残留的H2SO4结合，形成了3BS。采用方式2预处理的极板含有大量的PbO及少量3BS，3BS是由于极板为中性时，在干燥过程中极板中的PbSO4与少量PbO结合形成的［7］，说明极板中的活性物质Pb极易被大量氧化。对比表1数据可知，硼酸浸渍液处理后的极板，可以防止其他杂相的形成。

2.3化学法分析结果采用3种不同方式预处理后极板的化学法分析结果列于表2。从表2可知，采用方式1、2预处理的极板，Pb含量与XRD分析结果接近，而PbO、PbSO4含量均比XRD分析结果高。这是因为采用化学方法可将极板在干燥过程中形成的3BS中的PbO及PbSO4分别滴定出来，导致PbO、PbSO4的结果偏高。由此可知，化学分析法只能对已知物相进行分析，存在一定的缺陷;采用方式3预处理的极板中，目标相Pb-SO4、Pb含量与XRD分析结果较接近。对比可知，经硼酸浸渍液预处理之后的极板，采用化学法及XRD法都可对成分含量进行分析，但化学分析法仅限于对已知物相进行定量分析，而XRD分析法可实现物相的定性及定量分析。

3结论

在对铅酸电池负极板进行预处理时，采用纯水冲洗及浸泡的方式，无法防止负极板中活性物质Pb的氧化，而硼酸-水杨酸浸渍液可氧化，保证极板成分的准确性，使XRD法和化学法对极板成分进行定性定量分析更准确。极板经硼酸-水杨酸浸渍液预处理后，XRD及化学法对负极板成分的定量分析结果相差不大，但化学法操作繁琐且只能分析已知成分。

作者：周燕 方明学 陈飞 赵冬冬 单位：浙江天能电池( 江苏) 有限公司研究分院