霍玉龍，閆娜，王再紅，陳二霞，高鶴，孫海濤，李阿欣，陳志雪

（風(fēng)帆有限責(zé)任公司，河北 保定 071057）

0 引言

凝膠劑是以氣相白炭黑（SiO2）為基料，使用特殊技術(shù)研發(fā)而來，具有增稠、防結(jié)塊、控制體系流變和觸變等作用[1]。它既能在硫酸介質(zhì)中穩(wěn)定存在，又是具有觸變凝結(jié)特性的物質(zhì)。使用凝膠劑制備的電解液具有連續(xù)的三維結(jié)構(gòu)[2]，能有效抑制鉛酸蓄電池的電解液分層。在電解液中將凝膠劑作為添加劑會對動力鉛酸蓄電池性能起到改善效果的作用[3-6]。凝膠劑雖然在鉛酸電池中應(yīng)用廣泛，但是關(guān)于其在富液式電池中應(yīng)用的研究卻是較少。本文中，筆者旨在研究凝膠劑對富液鉛酸蓄電池性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 凝膠劑對電解液性能的影響

采用A公司生產(chǎn)的固含量為20.0%的凝膠劑，按照表1制備實(shí)驗(yàn)樣品。凝膠電解液的凝膠時間與凝膠劑含量、硫酸濃度、溫度等相關(guān)。從圖1和表2可以看出，凝膠劑含量為2.5%、5.0%的電解液不能凝膠，并且凝膠劑含量為2.5%的電解液在靜置168h后發(fā)生了明顯的分層現(xiàn)象，即水化分層現(xiàn)象。隨著凝膠劑含量的增加，電解液的凝膠時間逐漸縮短。凝膠劑含量增加以后，分子間距減小。凝膠劑分子之間的硅氧鍵形成快、數(shù)量多，使電解液更容易凝膠[7]。

表1 凝膠劑在電解液中添加量

表2 凝膠劑含量與凝膠時間的關(guān)系

1.2 凝膠劑對鉛酸蓄電池性能的影響

1.2.1 電池靜置前后開路電壓與內(nèi)阻的變化

采用表1中含凝膠劑電解液制備樣品電池（每種3只平行樣）。靜置3d后，測量電池的開路電壓、內(nèi)阻。接著再靜置20d，再次測試電池的電壓、內(nèi)阻。圖2為樣品電池初始電壓，圖3為樣品電池初始內(nèi)阻，圖4為靜置20d后電壓和內(nèi)阻的變化曲線。雖然凝膠劑的添加量不同，但是電池的初始電壓都差不多。添加凝膠劑的電池初始內(nèi)阻比不含凝膠劑的電池稍大一些。靜置20d后，凝膠劑的含量雖然不同，但是對電池的電壓降幾乎沒有影響。添加凝膠劑的電池的內(nèi)阻變化明顯大于不含凝膠劑的電池，而且凝膠劑的添加量越大，電池的內(nèi)阻變化越大。引起內(nèi)阻變化的原因可能是，隨著凝膠劑的不斷凝膠，形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[8]。該凝膠結(jié)構(gòu)會在一定程度上阻礙離子的傳輸。

1.2.2 對電池容量的影響

從圖5可以看出，隨著凝膠劑含量的增加，電池的容量逐漸減小。隨著凝膠劑含量的增加，電解液的粘度增加，離子在膠體電解液內(nèi)部擴(kuò)散受阻，電池內(nèi)阻增大，副反應(yīng)能量消耗加大，進(jìn)而影響電池的放電容量。

1.2.3 對低溫放電性能的影響

由圖6可以看出，凝膠劑的加入顯著降低電池的低溫放電性能。凝膠劑含量為2.5%、5.0%、10.0%的電池的低溫放電曲線呈現(xiàn)出，隨著凝膠劑含量的增加，放電時間逐漸減少的趨勢。隨著凝膠劑的不斷凝膠，形成了致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該凝膠結(jié)構(gòu)會阻礙離子的傳輸，在大電流放電時表現(xiàn)得更為明顯。

1.2.4 對水耗的影響

在60℃下，恒壓14.4V充電42d。每隔21d測量1次電池的重量變化。從圖7可以看出添加凝膠劑不會大幅度影響電池的水損耗性能，而且凝膠劑含量為5.0%、10.0%、20.0%時，電池的水損耗還較不含凝膠劑的電池有一定幅度的降低?？赡艿脑蚴?，添加凝膠劑后，電解液更加均勻，減少了自放電。也可能是，充電電壓一定時，內(nèi)阻增大使有效充電電壓降低造成的。

1.2.5 對動態(tài)充電接受能力的影響

圖8為凝膠劑含量不同的電池的動態(tài)充電接受能力測試結(jié)果。凝膠劑含量為2.5%、5.0%時，電池的動態(tài)充電接受能力受到的影響很小，只有在60%SOC下才會出明顯差異，但是凝膠劑含量為10.0%、20.0%時，由于內(nèi)阻增大，電池的動態(tài)充電接受能力明顯降低。

1.2.6 對電解液分層的影響

對電池進(jìn)行10次容量循環(huán)測試。圖9為所示第10次容量放電結(jié)束后及充電后電池上下部的密度差。隨著凝膠劑含量的增加，10次容量循環(huán)測試后電解液上下部密度差逐漸減小，說明凝膠劑的加入對電解液分層能起到很好的緩解作用。

2 結(jié)論

本文研究了添加不同含量的凝膠劑的電解液對鉛酸蓄電池性能的影響。得出以下結(jié)論：

（1）凝膠劑的含量對電解液物理性質(zhì)影響很大。隨著凝膠劑含量的增加，電解液的凝膠時間縮短，粘度增大，穩(wěn)定性增加，使得凝膠電解液更難以灌入電池。凝膠劑含量為2.5%時，電解液會出現(xiàn)水化分層現(xiàn)象，可能影響電池的性能。

（2）凝膠劑對電池的靜態(tài)內(nèi)阻和水損耗影響較小，但是隨著凝膠劑含量的增加，電池容量和低溫性能呈遞減趨勢。過高的凝膠劑添加量（10.0 %、20.0 %）會明顯降低電池的動態(tài)充電接受能力。

（3）添加凝膠劑可以有效地減緩電解液的分層現(xiàn)象，而且隨著凝膠劑含量的增加緩解效果越來越好。