碳基材料對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，石墨相對有較強的耐氧化能力，據(jù)報道，在1987年日本研究者將0．1％～2．0％(質(zhì)量分數(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，因而改善了酸液對極板的浸潤，加速了酸液進A．g5

極活物質(zhì)，對正極產(chǎn)生有益影響(放電容量提高，循環(huán)壽命延長)。正極中存在石墨使得電池在放電時，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負極性能的影響規(guī)律相反。
添加石墨在正極還有一個有益的作用，最有可能的機理是電滲析作用。添加石墨能增強電液對極板的浸潤，松下蓄電池加速電液滲入正極活物質(zhì)，類似一個電滲析泵的作用。電滲析是液體在電場作用下相對于標準

荷電表面的移動。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、負極板之間形成

的電場之中，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制或作用不得與電滲析機制混淆，要予以區(qū)別。
在正極添加0．2％～1．0％(質(zhì)量分數(shù))的炭黑，大約0．2％(質(zhì)量分數(shù))的炭黑可以改善正極的成型，但對電池循環(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，而剩下的也會在電池工作

的最初幾個循環(huán)后消失。
一個很有意思的現(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增加，這是因為炭黑添加后使得極板導(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。因為在此階段初期是低電壓階段，a-Pb02是低電壓階段形成的，。—Pb02形成對應(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報道：試驗電池的容量得以提高，壽命得以延長。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械支撐使活物質(zhì)更堅固的原因

造成的。
從文獻報道中得知：炭添加劑對于正極的影響，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。