陈远强

(1.中国科学院福建物质结构研究所，光电材料化学与物理院重点实验室，福州 350002； 2.中国福建光电信息科学与技术创新实验室，福州 350108)

铅酸电池因具有高安全性、高可回收利用率、低成本、技术成熟等显著优势[1–4]而广泛应用于交通运输、通讯、工业、备用电源、风光能绿色照明、军工等领域，其市场占有率极高。然而，尽管铅酸电池有诸多显著的优势，但是铅酸电池在储能以及混合动力等高倍率部分荷电状态(HRPSoC)应用场景下，负极表面极易形成不导电、粗大的“惰性”硫酸铅晶体，在随后的充电过程中，不能可逆地转化为铅，导致电极活性物质利用率低、倍率性能差、电池的容量迅速丧失，由此造成铅酸电池的循环寿命变短，称为负极的“硫酸盐化”现象。为了解决铅酸电池负极的“硫酸盐化”问题，以提高电池在HRPSoC的循环寿命，人们通过研究发现，在铅酸电池的负极引入碳材料[包括炭黑(CB)、活性炭、石墨、碳纤维、石墨烯等]可以相对改善该问题，同种类碳材料的微观结构和物化性能差异很大，对铅酸电池的性能影响也不同[5–12]。其中，CB具有小粒径、高比表面、高导电性以及高稳定性的特点，在负极内部形成导电网络，提高了铅酸电池负极的导电能力。当电池处于HRPSoC下运行时，CB不仅能够提供传递电子的通道，而且分散在硫酸铅晶体周围，形成第二相，可抑制硫酸铅晶体的长大，避免负极进一步不可逆“硫酸盐化”。另外，具有一定电容特性的CB，在大电流充电时，电流先经过碳电极，再经过铅电极，碳电极起到缓冲作用，从而进一步减缓“硫酸盐化”现象。……