炭黑性能对电池性能的影响

基于以上试验结果，我们发现比表面积能够影响电池的充电接受能力与水损耗值，而结构是炭黑的最要参数，因此在接下来的实验中我们选取了几种不同结构与比表面积的炭黑材料，探讨炭黑结构与比表面积对电池性能的影响，选取的炭黑参数如下：

添加量为0.2-0.5%之间，综合比较了几种不同的炭黑对电池容量、低温放电性能、充电接受与HRPSoC（加速测试方案）的影响。

总结：

目前这部分的实验仍在进行中，0.3%与0.4%配方已基本测试完成，就目前所得的测试结果来看：

如图7a所示，在选取的几种炭黑中（C5为商业化配方），C2与C4在相同的添加量下比C3与C1具有更高的充电接受能力，证实了高比表面积的碳材料有利于电池的提高充电接受能力；

如图7b所示，在0.3%与0.4%添加量下，C2与C4高比表面积的碳会相应增加电池的析氢电位，使电池的水损耗值增加，因此，在选择高比表面积的碳材料使因考虑添加量，并尽量不要使用过大的比表面积的炭黑材料（在0.4%添加量下，C1水损耗值大幅增加，可能是由于C1炭黑杂质偏多）

对于HRPSoC寿命（图8），在0.3%与0.4%添加量下高结构的炭黑（C1与C4）在选取的几种炭黑中有利于电池的HRPSoC寿命。

我们对比了0.4%配方下的极板的扫描电镜图（图9），表面光滑的为硫酸铅晶体，其中C3与C2硫酸铅晶体较多，表面光滑的硫酸铅晶体不利于充电时的再溶解，在循环的过程中，小的硫酸铅晶体慢慢长大结晶为较大的不可逆的PbSO4晶体，故C2与C3的循环寿命较短。C1与C4配方中PbSO4晶体较少，有利于循环过程中的充电接受，延长了HRPSoC寿命。

图9 0.4%配方下不同碳材料负极板循环3个单元又循环200次后充满电SEM图，a) C1配方；b) C2配方；c) C3配方；d) C4配方；e) C5配方

以上结论是目前此项目开展的初步结论，更深入的机理研究与数据分析正在进行中。由于炭黑材料种类繁多，每个厂家原材料、制造工艺也不同，材料参数也不尽相同，要想彻底研究透彻，仍需要做大量的试验。炭黑的物理化学性能包括方方面面，在探讨结构与比表面积对电池性能的影响并不排除其他因素的协同或拮抗作用。下一步也将继续探讨炭黑其他性能与电池性能的关联关系。

铅碳电池的应用

在低碳应用中（<0.6%），公司铅碳电池的起停寿命已达10万次以上（图10，成功应用于AGM与EFB电池中（图11）。

在高碳的应用主要体现在80倍率卷绕电池中，基于多年铅碳电池配方的研究基础，选用了独特的碳添加剂与最优的添加量，能够最大程度地提高电池的充电接受能力与循环寿命，有效避免负极表面发脬、疏松。如图12，这款80倍率卷绕电池在结构设计上，采用分布式板耳与TMF超薄极板技术，对于部分客户采用全板耳的结构设计，使电流的输出分配更加合理，并且增加了极板的反应面积。普通电池（编号NC）的HRPSoC寿命充电电压很快达到上限，普通的铅碳电池（编号FLC）寿命在普通电池的基础上提高了4-5倍，但是由于充电接受能力不够理想达到了电压下限，而优化设计后的卷绕铅碳电池（编号SLC）在普通铅碳电池寿命结束终止时电压仍在1.9V以上。

总结

炭黑是目前铅碳电池中最具推广性的碳材料类型，高碳配方适用于不需要长期过充的应用领域，而低碳配方则符合铅碳电池在汽车、储能等方面的应用。目前市面上已经有铅碳电池用于混合动力汽车领域与储能领域的商业化示范项目，但是铅碳电池仍有很多问题亟待解决，碳的作用机理与铅碳电池的生产工艺仍需进一步优化与确定。骆驼公司会一直致力于铅碳电池的研发与应用，推动铅碳电池在电动汽车、新能源储能等各领域大规模使用。