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电动和混合动力车中铅酸电池的工作模式为连续进行的高倍率部分荷电量(HRPSoC)循环,这会使负极活性物质(NAM)出现不可逆的硫酸盐化,从而降低电池的循环寿命。负极中碳材料的加入可以抑制其不可逆硫酸盐化,然而,在铅酸电池负极板的工作电位范围内,碳材料将产生严重的析氢。目前,上述问题仍然得不到很好的解决。因此,本论文通过研究各种不同体系的碳基复合材料对负极板的析氢性能和电池HRPSoC循环寿命的影响规律及其作用机理,寻找合适的碳基复合材料,在提高铅酸电池HRPSoC循环寿命的同时,也能显著地抑制负极板的析氢。通过多种材料的对比研究,从中发现关键性的影响因素及其作用规律,为负极复合材料的进一步开发提供方向性的指导和理论支持。主要的结论如下:1.新型热解-酸洗方法制备PbO/炭黑(CB)复合物及其对电池性能的影响。开发了一种新型的热解-酸洗方法制备了不同的PbO/CB复合物。对比于CB,热解-酸洗法制备的PbO/CB复合物具有较高含量的表面碱性官能团(Calkaline)和较低含量的羧基表面官能团(CCOOH)、稍小的比表面积、更大的孔体积和平均孔径及少量未溶解的PbO覆盖在CB颗粒上。增加的表面Calkaline显著抑制了负极板上的析氢过程,同时1%含量复合物的加入降低了整个体系的反应阻抗、加速了负极板表面的氧化还原(Pb?PbSO4)峰电流,抑制PbSO4晶体的增长并显著增加了电池的HRPSoC循环寿命。其中,500℃热解-50℃酸洗方法制备的Pb-C-N500-50℃复合物具有最佳性能。随着负极板中Pb-C-N500-50℃复合物含量(0.5%、1%和2%)的增加,负极板的比表面积和孔体积增大,平均孔径减小,负极板上的析氢均得到明显抑制。此外,负极板表面Pb?PbSO4的氧化还原速率逐渐增大,更多的复合物颗粒吸附在NAM及PbS04晶体上,从而抑制了 PbS04晶体的增长,使电池的HRPSoC循环寿命逐渐增加。2.PbO/氧化石墨烯(GO)复合物的制备及其对电池性能的影响。以具有超级电容性能的GO代替CB,采用同样的热解-酸洗方法制备了不同的PbO/GO复合物。对比于GO,500℃热解-超声酸洗方法制备的Pb-GO-N500-UP复合物具有较低的表面羧基浓度CCOOH,且氮原子掺杂进复合物的GO层中,同时一些未溶解的PbO分布在GO层表面,并与GO层之间形成稳定的吸附键。对比于NAM+GO(1%)负极板,加入1%的Pb-GO-N500-UP复合物的负极板具有更大的孔体积、更小的反应阻抗、更大的Pb?PbS04氧化还原峰电流及更长的HRPSoC循环寿命。此外,复合物中GO层掺杂进的氮原子及降低的CCOOH能够显著抑制负极板上的析氢。PbO/GO复合物中PbO的含量、PbO与GO之间稳定的吸附键以及超声酸洗对PbO/GO复合物结构的影响,均对电池HRPSoC循环性能具有重要的影响。此外,负极板中加入不同含量(0.5%、1%和2%)的Pb-GO-N500-UP均可改善负极和电池的性能。三者之中添加1%含量的Pb-GO-N500-UP复合物的负极板具有最佳的性能。3.聚吡咯(PPy)/GO复合物的制备及其对电池性能的影响。采用原位聚合的方法,合成不同质量比例(mpy/mGO)的PPy/GO复合物,将具有较高吡咯氮含量的导电高分子PPy复合在GO表面。对于不同的PPy/GO复合物,PPy覆盖在GO表面上,且它们的微观结构随着mpy/mGO比例而变化,其中,PG1(mpy/mGO=1:1)复合物具有最大的比表面积和孔体积。与NAM+GO(1%)负极板相比,含适当比例PPy的PPy/GO复合物的加入均能显著地抑制极板上的析氢,此外,负极板中1%的PPy/GO复合物的加入可以降低整个体系的阻抗、加速Pb和PbSO4之间的氧化还原过程,且增加负极板的比电容。负极板中加入1%的GO和PG1的电池具有最长的HRPSoC循环寿命。考虑到负极板的析氢及电池的HRPSoC性能,PG1是合适的负极添加剂。负极板中加入不同含量(0.5%、1%和2%)的PG1均可改善负极和电池的性能。其中,加入1%的PG1时,负极板具有最佳的抑氢性能和最长的HRPSoC循环寿命。4.不同复合物对HRPSoC循环过程中负极电化学行为的影响。分别测试了不同循环周期各种负极板的开路阻抗和在线放电电化学阻抗,研究了各种添加剂对负极表面电化学过程的影响。并采用SEM对各种负极板在HRPSoC循环中期和后期的微观形貌进行观察。结果表明:对比于空白负极,含Pb-C-N500-50℃、Pb-GO-N500-UP及PG1复合物的负极板对负极暂态析氢具有明显的抑制作用。负极板的暂态析氢行为主要由其真实反应面积(Sreal)决定,而稳态析氢行为则由负极板中添加剂的实际反应面积(Saddtive)和其表面具有抑制析氢能力的表面官能团的数量或抑氢成分的含量决定。HRPSoC循环不同状态下,负极板的开路及放电阻抗特征参数随循环周期的变化,均可以反映出负极性能的衰减。与空白极板相比,含添加剂的负极板具有更大的表面电容和更小的反应电阻,且随循环周期的增加,极板的极化程度增加得更为缓慢。同时,其表面的PbS04层更疏松、晶体颗粒更小。此外,复合物与NAM之间的亲和力大小对负极板的孔体积、平均孔径和孔数量有重要影响,这将决定负极板的Sreal和Sadditive以及极板电容。最终大幅延长电池的HRPSoC循环寿命。三种复合物中,Pb-GO-N500-UP复合物对负极和电池的性能影响效果最好。