碳基材料对电池正极行为的影响

       

炭质材料在正极有易被氧化的隐患，但不同的炭质材料表现出不同的特质，一些炭质材料在松下蓄电池高氧化环境中仍然能保持稳定。
在各种常规使用的炭质材料中，石墨相对有较强的耐氧化能力，据报道，在1987年日本研究者将0．1％～2．0％(质量分数)的石墨添加到正极活物质中，石墨的纯度为99．6％，既增加了放电容量，又延

长了使用寿命。通过X射线衍射分析结果表明：在电池化成(充电)过程中硫酸氢根(HSO了)嵌入到石墨层间形成层间化合物，它增加了极板的孑L隙率，因而改善了酸液对极板的浸润，加速了酸液进A．g5

极活物质，对正极产生有益影响(放电容量提高，循环寿命延长)。正极中存在石墨使得电池在放电时，放电产物PbS04均匀分散在正极各处，在正极不同厚度处更加均匀地分布。添加石墨的正极放电容量

会增加，而且随着石墨粒子的增粗，容量增加更明显。这一现象和炭添加剂粒径大小对负极性能的影响规律相反。
添加石墨在正极还有一个有益的作用，最有可能的机理是电渗析作用。添加石墨能增强电液对极板的浸润，松下蓄电池加速电液渗入正极活物质，类似一个电渗析泵的作用。电渗析是液体在电场作用下相对于标准

荷电表面的移动。石墨存在于正极的活物质里，HS04—嵌入石墨层间，因此建立起明显增大的Zeta电位，Zeta电位是固／液界面固体与液体之间的电位。由于铅酸电池电极材料处在正、负极板之间形成

的电场之中，这就满足了电渗析作用的条件。必须注意：炭材料添加剂带来的其他可能的作用机制或作用不得与电渗析机制混淆，要予以区别。
在正极添加0．2％～1．0％(质量分数)的炭黑，大约0．2％(质量分数)的炭黑可以改善正极的成型，但对电池循环性能作用影响不大。大约60％的炭黑在化成过程中被消耗掉，而剩下的也会在电池工作

的最初几个循环后消失。
一个很有意思的现象是加有炭黑的正极要比不加炭黑的正极，在化成后。邝—Pb02比例明显增大，松下蓄电池而且铅氧化物总量会增加，这是因为炭黑添加后使得极板导电性较高，而且PbO／a-Pb02界面很大，使得

更多的PbO直接转化为。—Pb02。因为在此阶段初期是低电压阶段，a-Pb02是低电压阶段形成的，。—Pb02形成对应的低电压平面被延平了，化成初期主要是形成a-Pb02。而且正极活物质的形态与形貌更

趋于规则，大多呈现球状团聚物形态，这说明电极是在比较温和、均匀的过饱和条件下，以及较低的电流溶液下形成的。
向正极活物质添加碳纤维也有文献报道：试验电池的容量得以提高，寿命得以延长。这一效果很可能是由于碳纤维添加剂增多了孔隙，胀大了孔道或者由于碳纤维提供了机械支撑使活物质更坚固的原因

造成的。
从文献报道中得知：炭添加剂对于正极的影响，与炭品种有很大关系，通常炭黑作用有限，石墨与炭纤维效果较好，较为合适。