【摘　要】现阶段，铅酸电池在人们的生活中随处可见，已经普及应用于各大电子领域，为人们的日常生活提供了绝对的便利。为了适应社会经济的发展需求，铅酸电池必须进行性能方面的优化升级，才能够被人们所利用，在众多电池种类中凸显优势，成为电子市场的领军产品。目前，电化学工作者采用将添加剂加入铅酸电池电极材料的方式改善电池性能。本文主要阐述近年来采用炭材料作为添加剂加入铅酸电池电极材料后铅酸电池性能的质量变化。
 
【关键词】铅酸电池；负极；炭材料；研究进展
 
自铅酸电池研制开发后，在进行应用期间其容量比不能满足人们的实际需求，根本原因就在于铅酸电池中存在的活性物质没有开发完全，其中电池负极的活性物质开发效果最差，长时间使用会导致电池容量下降。若想要铅酸电池在当前的经济市场上站稳脚跟，必须将电池负极的活性物质全面开发，目前，学者研制出化成工艺、改变固化条件、加添加剂等提升负极活性物质利用率的方法，其中，在电池负极加入添加剂是最直接、最有效改善负极性能的方法。炭材料可以在电池进行部分导电期间形成导电网络，将硫酸铅的粒径控制在可运行的范围之内，有效提升导电能力。目前，炭材料凭借其良好的导电能力以及低廉的价格，被广泛应用于铅酸电池电极中，且取得了绝佳的研究成果。
 
一、近年来炭材料应用于铅酸电池负极的研究进展
 
1.负极中加入石墨粉 

研究结果显示，负极加入超过质量百分比2.65%的石墨粉时，会出现大量硫酸铅晶体，活性物质在此时发生形态上的变化。在研究期间对电池容量进行测试，得出以下结论：石墨粉加入量超出电池承载的情况下，加入量越多，电池容量越低；加入质量百分比0.78%的石墨粉时，存在最大电池容量；电池处于高倍率部分荷电状态（HRPSoC）期间，加入质量百分比1.0%的石墨粉，存在最长电池循环寿命。
 
2.负极中加入膨胀石墨 

研究结果显示，在负极中加入质量百分比1.5%的膨胀石墨，电池处于HRPSoC期间，存在最长电池循环寿命。
 
3.正负极中添加质量百分比0.16%的分散碳纳米管 

在电池的正、负两极均添加质量百分比0.16%的分散碳纳米管，依照混合动力起停测试标准研究电池性能。测试显示，电池处于HRPSoC期间，只在负极添加分散碳纳米管，可以使电池的循环寿命提升1.6倍，而正、负极均添加此材料可以提升5倍，并有效改善电池失水情况，提高低温起动性能。
 
4.负极中加入纳米结构不同的添加剂 

研究显示，负极中加入石墨烯和MWNT添加剂后，提升电池11%容量比以及12%活性物质利用率。研究学家认为，石墨烯和MWNT添加剂可以伴随导电路线融入电池负极的活性物质中，形成粒径<200nm的均匀矩形，这些矩形可以使负极板内部孔体积增大，从而使电解液运动发生改变，进而增强活性物质的活动频率及导电能力。
 
5.负极中加入三维还原石墨烯氧化物（3D-rGO）材料 

研究显示，负极中加入质量百分比1.0%的3D-rGO后，电池放电容量提升14.46%，在HRPSoC下，电池循环寿命明显提升。与活性炭、乙炔黑等单一炭材料相比，3D-rGO提升电池性能的效果更加显著。研究学者还针对铅酸电池的硫酸化现象，采用3D-rGO进行了控制机制的可行性实验，认为该材料的高效导电性可以有效促进负极充放电的运行。
 
6.负极中加入GO、PPy、PPy/GO复合材料（PG1） 

结果显示，添加不同的材料会使负极板呈现不同的变化。GO有效改善负极板H2的析出能力，PPy的作用正好相反。将PPy与GO结合加入电池负极可以有效防止H2流失。除此之外，GO和混合质量为1:1的PG1均可以明显改善电池的循环寿命。
 
7.负极中加入羧基化炭黑 

研究表明，炭黑的有序程度与电池寿命存在着必然的联系，炭黑有序化程度直接绝对了电池循环寿命，两者成正比关系。除此之外，孔结构、颗粒大小、电阻率等都在不同程度上影响着电池的循环寿命。
 
8.负极中加入离散碳纳米管（dCNT） 

实验表明，dCNT的加入可在不改变电池料浆的状态下，有效提升活性物质使用率及电池容量，并将冷起动能力提升10%。-18℃下，加入dCNT的电池
可长时间维持高电压，-0℃时接收电荷量增加。
 
9.负极中加入氧化铅/炭黑（PbO/CB）复合材料 

PbO/CB复合材料组成成分为较高的碱性表面官能团以及较少羧基表面官能团，BET表面积小，但孔隙体积及平均空隙宽度极大。PbO/CB复合材料可以有效控制PbSO4晶体的产生，显著提升电池循环寿命。
 
二、展望

不同炭材料的加入会使电池性能不同程度的提升。炭材料性质与结构是改变电池容量及使用寿命的重要因素，但其中的主次还有待深入研究，目前尚不能明确。值得肯定的是，电池负极中添加炭材料可以明显提升电池容量以及循环寿命。除此之外，所有炭材料都会对电池负极的析氢电位造成一定的影响，该问题将会成为铅酸电池的未来研究趋势。与此同时，炭材料呈现出越来越多的种类与形式，如何合理应用与选择也成为主要注意的关键因素。
 
参考文献：

[1]吴秋菊，杨新新，周明明等.炭材料在铅酸电池中的应用及作用机理[J].电池，2016,12（02）：116-119.

[2]赵海敏，张天任，郭志刚等.炭材料对铅酸蓄电池的影响[J].蓄电池，2017，（05）：201-203.

[3]党志敏，刘桃松.铅酸蓄电池添加炭材料的性能测试及应用[J].蓄电池,2015，（05）：211，216.