一種鉛酸電池電化學性能測試方法
【專利摘要】本發明屬于電化學測試相關領域，其公開了一種鉛酸電池電化學性能快速測試方法，所述鉛酸電池電化學性能測試方法包括以下步驟：提供一個鉛粉電化學性能測試裝置，利用待測試鉛粉作為活性物質制備工作電極；將需要測試的電極連接于電化學工作站；設置電化學工作站的參數；按程序OCV→EIS→CV50圈→OCV→EIS→CV50圈→OCV→EIS對所述測試鉛粉進行電化學性能測試；對所得的測試結果進行分析，進而評定以所述測試鉛粉作活性物質的鉛酸電池的充放電性能。本發明的鉛酸電池電化學性能測試方法的測試效率較高，可靠性好，且可進行定量測試分析。
【專利說明】
一種鉛酸電池電化學性能測試方法
技術領域
[0001] 本發明屬于電化學測試相關領域，更具體地，涉及一種鉛酸電池電化學性能測試 方法，所述鉛酸電池電化學測試方法適用于鉛酸電池的快速電化學性能測試，其將鉛酸電 池的活性物質原料鉛粉通過電化學手段轉化為電池的正極或者負極的活動物質，從而模擬 電池進行測試以確定其作為活性物質的鉛酸電池的充放電性能，測試效率較高，可靠性好， 且可定量測試。
【背景技術】
[0002] 鉛酸蓄電池的活性物質是由鉛粉制備得到的。鉛酸蓄電池的電化學性能的傳統測 試方法是使用電池充放電儀測試組裝的成品電池，從鉛粉到電池成品的制備過程大約需要 耗時一周；在兩電極體系測試容量特性和循環穩定性等，測試周期通常在3個月以上，整個 測試周期較長。此外，兩電極的測試方法不能針對性的進行電池負極或是正極測試，測試結 果的優劣很難判斷是電池正極還是負極的貢獻。
[0003] 本領域相關科研人員已經針對上述問題進行了一些研究，如中國發明專利 201521080397.6公開了一種基于小極板的鉛粉電化學性能檢測方法，其將活性物質制備成 小極板，但工作電極的制備同樣需要經歷電池極板制備的固化和化成過程，制備時間較長， 大約歷時一周；且制備過程中的影響因素多，無法確定檢測差異是由于鉛粉本身的性能差 異還是由于操作、制備過程各種因素不同綜合導致電池性能優劣。又如中國實用新型專利 CN202075263U提供了一種基于超微電極的鉛粉電化學性能檢測裝置，其縮短了測試周期， 但是微孔電極利用物理擠壓的方法將活性物質壓在微孔中，一次測量的鉛粉量較少，且測 試時鉛粉易脫落，導致對參加反應的鉛粉無法進行定量測試其電化學性能。

【發明內容】

[0004] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種鉛酸電池電化學性能測 試方法，其結合鉛粉本身的特性及其測試特點，針對鉛酸電池電化學性能測試方法中使用 的鉛粉電化學測試裝置的結構及工作電極的制備進行了設計研究。所述鉛酸電池電化學測 試方法適用于鉛酸電池的快速電化學性能測試，其將鉛酸電池的活性物質原料鉛粉通過電 化學手段轉化為電池的正極或者負極的活性物質，從而模擬電池進行測試以確定其作為活 性物質的鉛酸電池的充放電性能，測試效率較高，可靠性較高，且可定量測試。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供了一種鉛酸電池電化學性能測試方法，其包括以下 步驟：
[0006] (a)提供一個鉛粉電化學性能測試裝置，其包括本體、電解液、參比電極、對電極、 玻碳電極及導電底座，所述本體開設有貫穿其相背的兩端的電解槽;所述參比電極與所述 對電極間隔設置，且所述參比電極的一端與所述對電極的一端均浸泡在所述電解液中，對 所述玻碳電極進行處理;之后，將測試鉛粉與導電劑、粘結劑按質量比例混合均勻后加入 lmL~2mL的溶解劑制成膏狀物，并將所述膏狀物均勻的涂至所述玻碳電極的表面后進行烘 干，以形成工作電極;隨后，將作為所述工作電極的基底的所述玻碳電極固定在的所述導電 底座上;接著，將所述導電底座通過螺栓固定在所述本體上，使所述工作電極密封所述電解 槽的一開口；最后，將所述電解液倒入所述電解槽內，并將參比電極的一端及所述對電極的 一端插入所述電解液中；
[0007] (b)將需要測試的電極連接于電化學工作站；
[0008] (C)設置電化學工作站的參數，El S參數中的掃描頻率范圍為100kHz~10MHz，振幅 為5mV; CV參數中的正極的電位掃描區間為0V~1.5V，負極的電位掃描區間為-0.5V~-1.3V，掃描速度為20mV/s;
[0009] (d)按程序 0CV-EIS-CV50圈-0CV4EIS-CV50圈-0CV-EIS 對所述測試鉛粉進 行電化學性能測試；
[0010] (e)對步驟(d)所得的測試結果進行分析，進而評定以所述測試鉛粉作活性物質的 鉛酸電池的充放電性能。
[0011] 進一步的，所述測試鉛粉、所述導電劑、所述粘結劑的質量比例為8:1:1，其中所述 測試鉛粉的使用量為〇. 4g~0.8g。
[0012] 進一步的，所述玻碳電極的處理包括以下步驟：
[0013] (all)，將所述玻炭電極用砂紙打磨光滑后放入丙酮溶液中；
[0014] (al2)，將浸泡在所述丙酮溶液內的所述玻碳電極在功率為40W的超聲下處理5-30min；
[0015] (al3)，將所述玻碳電極自所述丙酮溶液中取出后放入乙醇溶液中，同樣在功率為 40W的超聲下處理5-30min。
[0016] 進一步的，所述電解液是濃度為3mol/L~5mol/L的H2S04溶液。
[0017] 總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，本發明提供的鉛 酸電池電化學性能測試方法，其適用于鉛酸電池的快速電化學性能測試，其將鉛酸電池的 活性物質原料鉛粉通過電化學手段轉化為電池的正極或者負極的活性物質，從而模擬電池 進行測試以確定其作為活性物質的鉛酸電池的充放電性能，測試效率較高，可靠性較高。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發明較佳實施方式提供的鉛酸電池電化學性能測試方法中使用的鉛粉電 化學性能測試裝置的結構示意圖。
[0019] 圖2是圖1中的鉛酸電化學性能測試方法的流程圖。
[0020] 圖3是采用圖1中的鉛酸電池電化學性能測試方法獲得的在掃描速度為20mV/s條 件下，摻銅鉛粉CV(the cycle of imax)曲線。
[0021] 圖4是采用圖1中的鉛酸電池電化學性能測試方法獲得的鉛粉含不同銅雜量時的 放電容量曲線圖。
[0022] 在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：1_本體，11-電 解槽，12-環形收容槽，2-橡膠墊圈，3-工作電極，4-玻碳電極，5-導電底座。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0024]請參閱圖1至圖4,本發明較佳實施方式提供的鉛酸電池電化學性能測試方法，其 將鉛酸電池的活性物質原料鉛粉通過電化學手段轉化為電池的正極或負極的活性物質，從 而模擬電池測試結果，其模擬電池的測試結果與電池的實際測試結果一致性較高。所述鉛 酸電池電化學性能測試方法包括以下步驟：
[0025]步驟1，提供一個鉛粉電化學性能測試裝置，并制作工作電極3。所述鉛粉電化學性 能測試裝置包括本體1、參比電極、對電極、電解液、橡膠墊圈2、玻碳電極4及導電底座5。
[0026] 所述本體1基本呈圓柱狀，其開設有貫穿其相背的兩端的電解槽11，所述電解槽11 用于收容所述電解液。本實施方式中，所述電解槽11為階梯槽，其尺寸較小的一端鄰近所述 玻碳電極4。所述本體1朝向所述導電底座5的一端開設有環形收容槽12,所述環形收容槽12 用于收容所述橡膠墊圈2。本實施方式中，所述環形收容槽12的中心軸與所述電解槽11的中 心軸大致重合。
[0027] 所述玻碳電極4固定在所述導電底座5上，所述玻碳電極4為所述工作電極3的基 底。所述玻碳電極4電性連接所述導電底座5,所述工作電極3的電化學信號經所述玻碳電極 4傳輸到所述導電底座5上，進而由所述導電底座5傳輸出來以對鉛粉進行電化學性能分析。
[0028] 具體地，所述工作電極3的制備包括以下步驟：
[0029] 第一步，將所述玻炭電極4用砂紙打磨光滑后放入丙酮溶液中，并在功率為40W的 超聲下處理5-30min，之后再將所述玻碳電極4自所述丙酮溶液取出后放入乙醇溶液中，同 樣在功率為40W的超聲下處理5-30min。
[0030] 第二步，測試鉛粉與導電劑、粘結劑按比例混合均勻，并加入lmL~2mL的溶解劑 (匪P)制成膏狀物，將所述膏狀物均勻的涂至經過處理的所述玻碳電極4的表面，然后將所 述玻碳電極4放入烘箱，在烘干溫度為80-120 °C的條件下烘烤3-8小時，以形成工作電極3。 本實施方式中，所述鉛粉、所述導電劑、所述粘結劑的質量比例為8:1:1，其中所述鉛粉的使 用量為〇.4g~0.8g;所述導電劑是石墨;所述粘結劑是PVDF。
[0031] 第三步，將作為所述工作電極3的基底的所述玻碳電極2通過螺絲固定在的所述導 電底座5上。
[0032] 第四步，將所述導電底座5通過螺栓固定在所述本體1上，使所述工作電極3與所述 橡膠墊圈2相抵緊，進而使所述橡膠墊圈2與所述工作電極3配合以密封所述電解槽11鄰近 所述導電底座5的開口，防止所述電解槽11收容的電解液漏出；隨后，將所述電解液倒入所 述電解槽11內，并將參比電極的一端及所述對電極的一端插入所述電解液中。
[0033]本實施方式中，所述參比電極為飽和硫酸亞汞電極，所述電解液是濃度為3mol/L ~5mo 1 /L的H2 S〇4溶液。
[0034]步驟2,將需要測試的電極連接于電化學工作站。
[0035]步驟3，設置電化學工作站的參數。具體地，ElS參數：掃描頻率范圍為100kHz~ 10MHz，振幅為5mV; CV參數：正極的電位掃描區間為0~1.5V，負極的電位掃描區間為-0.5 ~-1.3V，掃描速度為20mV/s。
[0036]步驟4:按 0CV-EIS-CV50 圈-0CV4EIS-CV50 圈-0CV-EIS 的程序進行測試。其 中，OCV為開路電壓測試，EIS是電化學阻抗測試，CV是循環伏安法測試。各步驟依次為:ocv， 穩定測試系統-EIS，檢測系統反應前阻抗-50圈CV，經過氧化還原反應將鉛粉轉化為鉛酸 蓄電池正極或負極活性物質-0CV，系統穩定-EIS，測試轉化后的系統阻抗-50圈CV，測試 鉛酸蓄電池正極或負極活性物質的反應活性及循環性能-EIS，測試循環后的系統阻抗。
[0037] 步驟5:對步驟4所得的測試結果進行分析。具體地包括EIS的分析、循環性能分析 及根據積分面積計算放電的性能。
[0038] 采用本發明提供的鉛酸電池電化學性能測試方法研究了鉛粉作為正極活性物質 時摻雜不同銅含量(質量)的電化學性能的影響，自圖3的CV曲線(不同摻雜量鉛粉最大峰電 流密度時的CV曲線比較)可以看出，在銅含量為0.01 % (質量)時，峰電流密度最大。研究表 明鉛粉中摻雜〇. 01 % (質量)銅時，鉛粉活性最強。
[0039]圖4是根據面積積分計算的放電性能曲線圖，其表示了不同銅摻雜量時鉛粉放電 容量隨循環次數的變化情況，自圖中可以看出銅摻雜量為〇. 〇 1 % (質量)時的最大放電容量 比較高，所以銅摻雜量為0.01% (質量)時鉛粉的電化學性能較好。
[0040]使用相同的摻雜Cu雜質的鉛粉制備電池正極，裝配好的電池參數見表1。比較采用 本發明提供的鉛酸電池電化學性能測試方法測試獲得的鉛粉電化學性能結果與采用所述 鉛粉制備出的電池的測試結果發現，電化學性能測試表現優異的鉛粉，制備出來的電池在 低倍率放電容量、高倍率放電容量、自放電損失、循環性能方面也是最為優異的；電池的 100%放電深度循環性能與鉛粉電化學CV循環性能的規律一致;鉛粉電化學CV測試性能與 制備出來的電池容量性能規律相同。但是電池制備周期大約為7~9天，測試周期在4個月以 上，使用鉛粉l〇〇g以上，本方提供的鉛酸電池電化學性能測試方法的制備及測試周期在3天 以內，使用鉛粉少于lg，大大節約了測試鉛粉與測試時間，且可進行鉛粉定量測試。此外，本 發明提供的鉛酸電化學性能測試方法還提供EIS數據，為鉛粉的電化學表現差異的機理分 析提供實驗依據。
[0041 ] 表1 2Ah摻銅電池基本測試結果
[0042]
[0043] 本發明提供的鉛酸電池電化學性能測試方法，其適用于鉛酸電池的快速電化學性 能測試，其將鉛酸電池的活性物質原料鉛粉通過電化學手段轉化為電池的正極或者負極的 活性物質，從而模擬電池進行測試以確定其作為鉛酸電池的活性物質的充放電性能，測試 效率較高，可靠性較高。
[0044]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以 限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含 在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種鉛酸電池電化學性能測試方法，其包括以下步驟： (a) 提供一個鉛粉電化學性能測試裝置，其包括本體、電解液、參比電極、對電極、玻碳 電極及導電底座，所述本體開設有貫穿其相背的兩端的電解槽;所述參比電極與所述對電 極間隔設置，且所述參比電極的一端與所述對電極的一端均浸泡在所述電解液中，對所述 玻碳電極進行處理;之后，將測試鉛粉與導電劑、粘結劑按質量比例混合均勻后加入1~2mL 的溶解劑制成膏狀物，并將所述膏狀物均勻的涂至所述玻碳電極的表面后進行烘干，以形 成工作電極;隨后，將作為所述工作電極基底的所述玻碳電極固定在的所述導電底座上;接 著，將所述導電底座通過螺栓固定在所述本體上，使所述工作電極密封所述電解槽的一開 口；最后，將所述電解液倒入所述電解槽內，并將參比電極的一端及所述對電極的一端插入 所述電解液中； (b) 將需要測試的電極連接于電化學工作站； (c) 設置電化學工作站的參數，交流阻抗測試(El S)參數中的掃描頻率范圍為100kHz~ 10MHz，振幅為5mV;循環伏安測試(CV)參數中的正極的電位掃描區間為0V~1.5V，負極的電 位掃描區間為-0.5V~-1.3V，掃描速度為20mV/s; (d) 按程序0CV-EIS-CV50圈-0CV4EIS-CV50圈-0CV-EIS對所述測試鉛粉制備的 工作電極進行電化學性能測試； (e) 對步驟(d)所得的測試結果進行分析，進而評定以所述測試鉛粉作活性物質的鉛酸 電池的充放電性能。2. 如權利要求1所述的鉛酸電池電化學性能測試方法，其特征在于:所述測試鉛粉、所 述導電劑、所述粘結劑的質量比例為8:1:1，其中所述測試鉛粉的使用量為0.4~0.8g。3. 如權利要求1所述的鉛酸電池電化學性能測試方法，其特征在于:所述玻碳電極的處 理包括以下步驟： (all)，將所述玻炭電極用砂紙打磨光滑后放入丙酮溶液中； (al2)，將浸泡在所述丙酮溶液內的所述玻碳電極在功率為40W的超聲下處理5-30min; (al3 )，將所述玻碳電極自所述丙酮溶液中取出后放入乙醇溶液中，同樣在功率為40W 的超聲下處理5_30min。4. 如權利要求1所述的鉛酸電池電化學性能測試方法，其特征在于:所述電解液是濃度 為3~5mol/L的H2SO4溶液。
【文檔編號】G01R31/36GK106093785SQ201610405735
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】楊家寬, 胡雨辰, 胡敬平, 濮文虹, 任爽, 王俊雄, 喻文昊, 袁喜慶
【申請人】華中科技大學