铅酸蓄电池生产工艺--柳厚田.pptVIP

* * 铅酸电池的电化学 基础及制造工艺 复旦大学化学系 柳厚田 2009－04 第一部分 化学电源的基本概念 及铅酸电池电性能参数 1.化学电源的基本概念 1.1化学电源的定义： 化学电源是一种将化学能直接转化为电能的装置。 主要组成：正极、负极和电解液； 化学表达式：负极/电解液/正极。 例如：铅酸电池：Pb/H2SO4/PbO2 镉镍电池：Cd/KOH/NiOOH 氢氧燃料电池：H2/KOH/O2 1.2 化学电源的分类 （1）按电解 液分类 碱性电池：电解液为碱性水溶液：Cd/KOH/NiOOH 酸性电池：电解液为酸性水溶液：Pb/H2SO4/PbO2 中性电池：电解液为中性水溶液：Mg/MgCI2/AgCI 有机电解质电池：电解液为有机电解质溶液 Li/EC/LixCoO2 固体电解质电池：电解液为固体电解质 Li/LiI/I2(P2VP) （2）按电 极行为分类 一次电池（原电池）：放电后不能通过充电复原的电池。 例如：干电池，碱性Zn/MnO2 二次电池（蓄电池）：放电话可用充电方式复原的电池。 例如：铅酸；镉镍…… 储备电池（激活电池）：使用前注入电解液立即激活的电 池。 例如：Mg/MgCI2/AgCl 燃料电池（连续电池）：随活性物质连续注入不断放电的 电池 例如：H2/KOH/O2 1.3、组成化学电源的必要条件： （1）将失去电子的过程（阳极过程）与得到电子的过程（阴极过程）通过隔板内的离子导体分隔在两个电极上进行； （2）电极活性物质在进行氧化还原过程中，电子必须通过外电路。（这不同于发生在腐蚀微电池中的一般氧化还原反应。 1.4化学电源（电池）的构成——四大部分。 （1）电极：即由电极活性物质组成的正极和负极。 活性物：在电极上进行电极反应对外电路放出或得到电子的物质 例如铅酸电池中的PbO2和Pb 导电物质：电极中的集流体（例如铅酸电池中的合金板栅）。 相关辅料：指电池中的各种添加剂，例如铅酸电池中的膨胀剂等。 (2)电解液 单种功能：仅提供正、负极间的离子导电， 例如Cd/NiOH/中的KOH溶液 双重功能：不仅提供离子导电，而且参加电极反应。 例如：铅酸电池中的H2SO4。 允许离子通过，防止正、负极直接接触而短路。（VRLAB中的AGM还兼有吸收电解液的作用）。 隔板应是离子的良导体，电子的绝缘体，且化学稳定性好，抗氧化还原能力强 （3）隔板： （4）外壳： 起容器作用，用于盛装极群、隔板及电解液的容器。 2.1法拉第定律： 在电极上发生的电化学反应的物量与通过的电量成正比，即每通过一法拉第的电量，在两电极上就分别有一基本单元的物质（传统上称电化学当量的物质）起电极反应。此基本单元的物质（1电化学当量的物质）即为得失电子为1时的物质量。 例如： 1/2（PbSO4）, 1/2（H2SO4）等等。 法拉第定律是严格的科学定律之一。电极材料和温度、压力、电解质浓度、以及溶剂的本性等对其没有任何影响。 2、化学电源中物量与电量之间的转化关系 2.2电流效率： 在 水溶液电解质中，存在着H2O、H+、OH-。在一定条件下，它们可能与所需要的电极反应同时发生。例如，在电解（如化成）时，通过的电量不能完全用于所需要的主反应上。这种不需要的反应称为副反应。副反应的存在使参与主反应的电流份额减少，但主反应和 副反应物质量的加合仍符合法拉第定律。 电解（电极反应）时所获得的实际产量（主反应量）与理论产量（按法拉第定律计算的量）之比，称为电流效率。也即为：在电极上析出一定物质的量时，所消耗的理论电量与实际消耗的电量之比。 蓄电池极板化成和电池充电时，在后期，正极上的活性物质在转化为PbO2的同时，还会有氧的析出，负极在转化为Pb的同时有H2的析出，由于析氢逸氧的副反应使主反应（即生成PbO2和Pb）的电流效率降低，故通过的电量不能得到百分之百的利用。 3．化学电源的电性能参数： 1、电池的电动势： 电池的电动势又称为电池的理论电压，为电池断路或开路（即没有电流流过外电路时）正负两极间的平衡电极电位差。 电池电动势可以从电池体系热力学函数自由能ΔG的变化计算而得、例如，铅酸电池： 表1-1