碳基材料對(duì)電池正極行為的影響

       

炭質(zhì)材料在正極有易被氧化的隱患，但不同的炭質(zhì)材料表現(xiàn)出不同的特質(zhì)，一些炭質(zhì)材料在松下蓄電池高氧化環(huán)境中仍然能保持穩(wěn)定。
在各種常規(guī)使用的炭質(zhì)材料中，石墨相對(duì)有較強(qiáng)的耐氧化能力，據(jù)報(bào)道，在1987年日本研究者將0．1％～2．0％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的石墨添加到正極活物質(zhì)中，石墨的純度為99．6％，既增加了放電容量，又延

長(zhǎng)了使用壽命。通過X射線衍射分析結(jié)果表明：在電池化成(充電)過程中硫酸氫根(HSO了)嵌入到石墨層間形成層間化合物，它增加了極板的孑L隙率，因而改善了酸液對(duì)極板的浸潤(rùn)，加速了酸液進(jìn)A．g5

極活物質(zhì)，對(duì)正極產(chǎn)生有益影響(放電容量提高，循環(huán)壽命延長(zhǎng))。正極中存在石墨使得電池在放電時(shí)，放電產(chǎn)物PbS04均勻分散在正極各處，在正極不同厚度處更加均勻地分布。添加石墨的正極放電容量

會(huì)增加，而且隨著石墨粒子的增粗，容量增加更明顯。這一現(xiàn)象和炭添加劑粒徑大小對(duì)負(fù)極性能的影響規(guī)律相反。
添加石墨在正極還有一個(gè)有益的作用，最有可能的機(jī)理是電滲析作用。添加石墨能增強(qiáng)電液對(duì)極板的浸潤(rùn)，松下蓄電池加速電液滲入正極活物質(zhì)，類似一個(gè)電滲析泵的作用。電滲析是液體在電場(chǎng)作用下相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)

荷電表面的移動(dòng)。石墨存在于正極的活物質(zhì)里，HS04—嵌入石墨層間，因此建立起明顯增大的Zeta電位，Zeta電位是固／液界面固體與液體之間的電位。由于鉛酸電池電極材料處在正、負(fù)極板之間形成

的電場(chǎng)之中，這就滿足了電滲析作用的條件。必須注意：炭材料添加劑帶來的其他可能的作用機(jī)制或作用不得與電滲析機(jī)制混淆，要予以區(qū)別。
在正極添加0．2％～1．0％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的炭黑，大約0．2％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的炭黑可以改善正極的成型，但對(duì)電池循環(huán)性能作用影響不大。大約60％的炭黑在化成過程中被消耗掉，而剩下的也會(huì)在電池工作

的最初幾個(gè)循環(huán)后消失。
一個(gè)很有意思的現(xiàn)象是加有炭黑的正極要比不加炭黑的正極，在化成后。鄺—Pb02比例明顯增大，松下蓄電池而且鉛氧化物總量會(huì)增加，這是因?yàn)樘亢谔砑雍笫沟脴O板導(dǎo)電性較高，而且PbO／a-Pb02界面很大，使得

更多的PbO直接轉(zhuǎn)化為。—Pb02。因?yàn)樵诖穗A段初期是低電壓階段，a-Pb02是低電壓階段形成的，。—Pb02形成對(duì)應(yīng)的低電壓平面被延平了，化成初期主要是形成a-Pb02。而且正極活物質(zhì)的形態(tài)與形貌更

趨于規(guī)則，大多呈現(xiàn)球狀團(tuán)聚物形態(tài)，這說明電極是在比較溫和、均勻的過飽和條件下，以及較低的電流溶液下形成的。
向正極活物質(zhì)添加碳纖維也有文獻(xiàn)報(bào)道：試驗(yàn)電池的容量得以提高，壽命得以延長(zhǎng)。這一效果很可能是由于碳纖維添加劑增多了孔隙，脹大了孔道或者由于碳纖維提供了機(jī)械支撐使活物質(zhì)更堅(jiān)固的原因

造成的。
從文獻(xiàn)報(bào)道中得知：炭添加劑對(duì)于正極的影響，與炭品種有很大關(guān)系，通常炭黑作用有限，石墨與炭纖維效果較好，較為合適。