一种板栅表面积计算方法

技术领域

本发明属于铅酸蓄电池制造领域，尤其是涉及一种板栅表面积计算方法。

背景技术

板栅是铅酸蓄电池活性物质重要载体和导电网络。板栅表面积的大小决定了与活性物质连接位点的多少，对电池充放电性能有着至关重要的作用。板栅类型多种多样，有浇铸板栅、冲网板栅、拉网板栅、连续浇铸板栅等。

为了增加板栅与活性物质的接触面积，一般板栅表面都经过糙化处理，表面是凹凸不平。

如公开号为CN108023094A的中国专利文献公开了一种高功率类铅酸蓄电池板栅坯料表面处理方法，该方法按下列工序实施：首先作铅锡铝合金带表面粗糙化处理，接着进行热处理，另按质量比配制氧化锡锑粉体与聚二乙醇溶液的混合溶液，从烘房中取出已加热的铅锡铝合金带投放到上述混合溶液中浸镀，捞出表面已镀氧化锡锑的铅锡铝合金带，烘干后待自然冷却，该材料直接用于制备冲网板栅或拉网板栅。

公开号为CN102513443A的中国专利文献公开了一种蓄电池冲孔板栅处理方法，该方法对所述的冲孔板栅进行粗糙化处理，所述的粗糙化处理包括：采用表面进行了粗糙化处理的辊压轴对光滑铅带进行辊花处理，然后使用冲床对经过粗糙化处理的铅带进行冲孔成型；或先对铅带进行冲孔处理，然后再对冲孔板栅进行粗糙化处理；或使用表面进行了粗糙化处理的冲压模具直接对光滑的铅带进行冲孔成型。

然而，板栅表面积不等同于几何表面积，因此，板栅表面积不能通过测量几何尺寸算出表面积。测量出板栅表面积，对电池选用何种板栅和电池容量、内阻等具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种板栅表面积计算方法，可以方便、准确的测得表面凹凸不平的板栅表面积。

本发明的技术方案如下：

一种板栅表面积计算方法，包括以下步骤：

(1)将平面标准铅合金样件制作成平面标准电极，抛光操作后除去表面氧化层，再用纯水淋洗干净后真空干燥；

(2)测量平面标准电极的几何尺寸，得到平面标准电极的表面积S

(3)将平面标准电极作为工作电极，硫酸亚汞电极作为参比电极，纯铅电极作为辅助电极，硫酸溶液为电解液，组成三电极体；

在固定的室温下，平面标准电极在0.0V进行极化，极化后更换硫酸溶液，设置电位窗口-0.4V～0.4V做循环伏安测试，循环扫描2次以上，得到平面标准电极的循环伏安曲线图；

(4)根据平面标准电极的循环伏安曲线图，取其中一次相对稳定的曲线积分求平面标准电极的总电量Q

(5)对于待测板栅，除去表面氧化层，再用纯水淋洗干净后真空干燥；

(6)将待测板栅作为工作电极，重复步骤(3)的操作，形成待测板栅的循环伏安曲线；取其中一次相对稳定的曲线积分求板栅的总电量Q

本发明的方法，首先对已知表面积铅合金样件进行循环伏安测试，根据曲线积分得出总电量，求得单位面积电量；然后，对未知表面积板栅进行循环伏安测试，根据曲线积分得出总电量，总电量除以单位面积电量即得板栅表面积。

步骤(1)中，所述的抛光操作依次包括：抛光机粗磨、细磨以及电化学抛光。

除去表面氧化层的具体方法为：放在乙酸和乙酸铵溶液中超声5-10min。

步骤(3)中，选取硫酸溶液为实验室常用硫酸溶液，该密度溶液具有相对较低的电阻，且具有相对较高的离子浓度。所述硫酸溶液的密度可以为1.20-1.30g/ml。

在0V极化是在合金表面形成一层硫酸铅晶体，避免后续在循环伏安测试过程中，铅继续与硫酸反应对测试结果产生影响。所述极化的时间为10min。

电位窗口设置-0.4-0.4V是为了避免表面生产的硫酸铅在较高电位(例如0.9V)下氧化或在较低电位(例如-0.9V)下被还原。

进一步地，步骤(3)中，做循环伏安测试时，扫速为5-20mv/s。

优选地，步骤(3)中，纯铅电极的表面积是平面标准电极的2倍以上。

同样的，步骤(6)中，重复步骤(3)的操作时，纯铅电极的表面积是待测板栅的2倍以上。

纯铅电极是作为辅助电极，辅助电极面积大于待测电极是为了减少辅助电极的极化。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的方法，使得原本表面凹凸不平难以测量的板栅表面积得以测定，为比较浇铸、冲网、拉网和连铸板栅的表面积参数提供了参考依据，板栅表面积的测定，为板栅选型提供一种量化参数。

附图说明

图1为本发明一种板栅表面积计算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中标准样件的循环伏安曲线；

图3为本发明实施例中待测板栅的循环伏安曲线；

图4为本发明实施例中两种待测电池的循环寿命测试图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1所示，一种板栅表面积计算方法，包括以下步骤：

S01，平面标准合金样件处理。

平面标准铅合金样件制作成平面电极，经抛光机粗磨、细磨、电化学抛光至镜面。放在乙酸和乙酸铵溶液中超声5-10min，除去表面氧化层，纯水淋洗干净，真空干燥。

S02，平面标准合金样件面积计算

测量平面标准合金样件几何尺寸，根据几何尺寸测合金样件表面积S

S03，平面标准合金样件电化学处理

平面标准合金样件作为工作电极，硫酸亚汞电极作为参比电极，纯铅电极作为辅助电极，1.28g/ml硫酸溶液为电解液，组成三电极体系，中其中纯铅电极表面积是平面标准合金样件面积的2倍以上。

在25℃下，平面标准合金样件在0.0V极化10min，更换1.28g/ml硫酸溶液，设置电位窗口-0.4V～0.4V做循环伏安测试，扫速5-20mv/s，循环扫描2次以上，形成相对稳定的伏安曲线。

在0V极化是在合金表面形成一层硫酸铅晶体，避免后续在循环伏安测试过程中，铅继续与硫酸反应对测试结果产生影响。电位窗口设置-0.4-0.4V是为了避免表面生产的硫酸铅在较高电位(例如0.9V)下氧化或在较低电位(例如-0.9V)下被还原。本发明选取硫酸溶液为实验室常用硫酸溶液，该密度溶液具有相对较低的电阻，且具有相对较高的离子浓度。硫酸溶液可以选取密度在1.20-1.30g/ml。循环伏安扫速选常规的扫速5-20mv/s。

S04，平面标准合金样件单位面积电量计算

根据循环伏安曲线图，取第N次相对稳定的曲线积分求平面标准合金样件总电量Q

S05，待测板栅处理

未知表面积板栅放在乙酸和乙酸铵溶液中超声5-10min，除去表面氧化层，纯水淋洗干净，真空干燥。

S06，待测板栅电化学处理

未知表面积的待测板栅作为工作电极，硫酸亚汞电极作为参比电极，纯铅电极作为辅助电极，1.28g/ml硫酸溶液为电解液，组成三电极体系，中其中纯铅电极表面积是未知表面积板栅面积的2倍以上。

在25℃下，未知表面积的待测板栅在0.0V极化10min，更换1.28g/ml硫酸溶液，设置电位窗口-0.4V～0.4V做循环伏安测试，扫速5-20mv/s，扫速选择应与标准样件扫速相同，循环扫描2次以上，形成相对稳定的伏安曲线。

S07，待测板栅表面积计算

根据循环伏安曲线图，取第N次相对稳定的曲线积分求板栅总电量Q

实施例1

平面标准铅合金样件制作成平面电极，经抛光机粗磨、细磨、电化学抛光至镜面。放在乙酸和乙酸铵溶液中超声5-10min，除去表面氧化层，纯水淋洗干净，真空干燥。

测量平面标准合金样件几何尺寸，根据几何尺寸测合金样件表面积S

平面标准合金样件作为工作电极，硫酸亚汞电极作为参比电极，纯铅电极作为辅助电极，1.28g/ml硫酸溶液为电解液，组成三电极体系。其中，纯铅电极表面积是平面标准合金样件面积的2倍以上。

在25℃下，平面标准合金样件在0.0V极化10min，更换1.28g/ml硫酸溶液，设置电位窗口-0.4V～0.4V做循环伏安测试，扫速20mv/s。

选择第6次扫描的循环伏安曲线图，如图2所示，根据循环伏安曲线图，积分求平面标准合金样件总电量Q

选取未知表面积的待测板栅放在乙酸和乙酸铵溶液中超声5-10min，除去表面氧化层，纯水淋洗干净，真空干燥。

以待测板栅作为工作电极，硫酸亚汞电极作为参比电极，纯铅电极作为辅助电极，1.28g/ml硫酸溶液为电解液，组成三电极体系，其中纯铅电极表面积是待测板栅面积的2倍以上。

在25℃下，未知表面积板栅在0V极化10min，更换1.28g/ml硫酸溶液，设置电位窗口-0.4V～0.4V做循环伏安测试，扫速20mv/s。

选择待测板栅第6次扫描的循环伏安曲线图，如图3所示。根据循环伏安曲线图，积分求板栅总电量Q

为验证本发明方法测量的准确性，采用本发明的方法对两种正极板栅按上述方法进行测试，根据测试结果计算表面积平均为80cm

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。