铅酸蓄电池 基础理论和工艺原理PDF电子书下载

第一章 铅蓄电池电化学基础 1

1.1铅蓄电池中的电化学反应及其计算 1

1.1.1铅蓄电池中的电化学反应 1

1.1.2电化学反应计算 6

1.1.3电池放电时活性物质的利用率 13

1.1.4铅蓄电池充放电量与硫酸浓度变化 15

的关系 15

1.2硫酸溶液的导电性 19

1.2.1硫酸溶液的电阻率（比电阻）、电导、电导率（比电导）和摩尔电导率 19

1.2.2浓度和温度对硫酸溶液电阻率的影响 23

1.2.3硫酸溶液内的电迁移 26

1.3电动势和电极电位 31

1.3.1“电极／溶液”界面 31

1.3.2可逆电池的电动势 36

1.3.3电极电位 43

1.3.4平衡电极电位 50

1.4.1电位-pH图的概述 57

1.4电位-pH图 57

1.4.2电位-pH图的反应类型 60

1.4.3在H2SO4溶液中铅和它的腐蚀产物的热力学数据 61

1.4.4Pb-H2SO4-H2O体系的电位-pH图 66

1.4.5Pb-H2SO4-H2O体系的电位-pH图 67

的应用 67

1.5电极的极化 71

1.5.1电极的极化和过电位 71

1.5.2电极极化的原因 72

1.5.3电极极化的测定 87

第二章 铅蓄电池负电极 91

2.1在铅表面的电极反应 91

2.2有机添加剂在铅电极上的吸附 93

2.2.1有机分子在“电极／溶液”界面上的吸附 93

2.2.2硫酸溶液中铅表面的电荷和吸附能力 99

2.3铅负极的钝化 102

2.3.1铅在硫酸溶液中的钝化现象 102

2.3.2铅蓄电池负极钝化的原因 106

2.4.1氢过电位的表达式 111

2.4氢过电位 111

2.4.2电流密度与氢过电位的关系 112

2.4.3影响氢过电位的因素 113

2.5铅蓄电池负极上的氢析出 124

2.5.1氢析出反应 124

2.5.2铅蓄电池充电时负极上的氢析出 125

2.6负电极的自放电 129

2.6.1铅蓄电池湿贮存期间铅负极上氢的析出 129

2.6.2铅负极与氧的作用 131

2.6.3阳极合金组分向负极的电解迁移 132

2.7负极板的硫酸盐化 134

2.7.1负极板的硫酸盐化及其特征 134

2.7.2硫酸盐化的主要原因和消除方法 136

第三章 铅蓄电池正电极 139

3.1PbO2的物理化学性质 139

3.1.1PbO2的多晶型现象 139

3.1.2PbO2的非化学计量特性 143

3.1.3二氧化铅的半导体性质 145

3.2.2β-PbO2的制备 149

3.2M/PbO2电极的电化学制备 149

3.2.1α-PbO2的制备 149

3.3Pb/PbO2/H2SO4电极的电化学行为 150

3.3.1平衡电极电位 150

3.3.2PbO2电极在H2SO4溶液中放电特性 154

3.4PbO2电极上的氧过电位 161

3.4.1PbO2电极上的氧析出 161

3.4.2影响PbO2电极氧过电位的因素 164

3.5.1引起正电极自放电的主要原因 177

3.5电池湿贮存期间正电极的自放电 177

3.5.2影响正电极自放电大小的主要因素 179

3.6充放电过程中正极活性物质的变化 182

3.6.1充放电过程中α-PbO2向β-PbO2的转化 182

3.6.2充放电过程中正极活性物质结构的变化 186

3.6.3正极板活性物质结构对放电容量的影响 193

第四章 铅在硫酸溶液中的阳极膜性质 200

4.1研究铅的电化学行为的实际意义 200

4.2铅在硫酸溶液中腐蚀的复杂性 201

4.3铅在硫酸中腐蚀的电极体系 202

4.4.1铅的阳极溶解及硫酸铅晶体层的形成 206

4.4铅在Pb/PbSO4电位区的腐蚀 206

4.4.2电位衰退法对膜内碱性化合物的研究 207

4.4.3膜内碱性环境的形成机理 209

4.5铅在Pb/PbO电位区的腐蚀 211

4.5.1膜生长机理的电化学研究 213

4.5.2膜生长机理的X光衍射研究 215

4.5.3膜生长机理的拉曼散射法研究 215

4.5.4膜生长机理的光电流谱研究 217

4.5.5铅氧化为PbO的半导体机理 219

4.6铅在PbO2电位区的腐蚀 220

4.6.1铅在PbO2电位区的电极体系组成分析 221

4.6.2腐蚀层的生长 223

4.6.3α-PbO2的生成机理 226

4.6.4β-PbO2的生成机理 233

4.6.5铅在析氧电位下的腐蚀 235

第五章 铅基合金在硫酸溶液中的腐蚀 241

5.1影响铅及其合金腐蚀的因素 241

5.1.1阳极电位对腐蚀速率的影响 241

5.1.2铅合金组成对腐蚀速率的影响 243

5.1.3活性物质的存在对腐蚀速率的影响 245

5.1.4活性物质的厚度对腐蚀速率的影响 247

5.1.5极化条件对腐蚀速率的影响 248

5.1.6硫酸溶液的浓度及温度对腐蚀速率 250

的影响 250

5.2Pb-Sb合金的腐蚀 251

5.2.1Pb-Sb合金的特性 251

5.2.2Pb-Sb合金的冶金学性质 253

5.2.3不同锑含量对晶相结构及腐蚀的影响 254

5.2.4锑对板栅合金腐蚀的化学作用 257

5.3含不同添加剂的Pb-Sb合金的腐蚀 266

5.3.1添加剂对高锑合金腐蚀的作用及影响 266

5.3.2添加剂对低锑合金腐蚀的作用及影响 269

5.4Pb-Ca合金的腐蚀 273

5.4.1Pb-Oa合金的冶金学性质 273

5.4.2Pb-Ca合金的腐蚀 275

5.5添加剂对Pb-Oa合金腐蚀的作用及影响 282

5.6Pb-Sr及Pb-Ba合金的腐蚀 285

5.7Pb-Li及Pb-Na合金的腐蚀 287

第六章 铅蓄电池正负电极充放电机理 292

6.1正电极充放电反应机理 292

6.1.1放电过程 292

6.1.2充电过程 296

6.2PbO2的电结晶过程 303

6.2.1晶核的形成 303

6.2.2电极表面晶体的长大 306

6.3.1溶解沉积机理和固态反应机理 310

6.3负电极充放电反应机理 310

6.3.2决定负电极反应时不同反应机理的因素 314

第七章 多孔电极理论及其在铅蓄电池中的应用 318

7.1化学电源中使用多孔电极的意义 318

7.2多孔电极的性质 321

7.3多孔电极的种类 322

7.4多孔电极的参数 325

7.5多孔电极的模型 329

7.6多孔电极中的电流和电位分布 331

7.6.1多孔电极的等效电路分析 331

7.6.2多孔电极内的稳态电流分布 336

7.6.3极化电阻Z°与电流有关时多孔电极内的电流分布 342

7.6.4多孔电极内的稳态电位分布 346

7.6.5极化电阻Z°与电流有关时的多孔电极电位分布 354

7.7多孔电极理论在铅蓄电池中的应用 358

7.7.1放电电流和放电时间对PbO2电极放电性 359

能的影响 359

7.7.2放电深度和时间对PbO2电极放电性能 360

的影响 360

7.7.3电流分布对PbO2电极性能的影响 365

7.7.4浓度分布对PbO2放电性能的影响 367

第八章 板栅合金的组成及性质 371

8.1板栅的作用原理 371

8.2板栅材料对铅合金的要求 373

8.3板栅合金的分类 375

8.4普通型铅锑系列板栅合金的组成及其特性 377

8.4.1Pb-Sb合金 377

8.4.2Pb-Sb-AS合金 388

8.4.3Pb-Sb-AS-Sn合金 393

8.4.4Pb-Sb-Ag合金 396

8.4.5Pb-Sb-Cu合金 397

8.4.6Pb-Sb-AS-Cu合金 399

8.5免维护或少维护电池低锑系列板栅合金的组成 399

及其特性 399

8.5.1低锑合金收缩裂隙的形成 399

8.5.2低锑合金收缩裂隙的危害 400

8.5.3低锑合金的成核剂及其作用机理 401

8.5.4低锑合金的成核剂的含量控制 403

金 404

8.5.5含铜、硒、硫等成核剂的Pb-Sb-As-Sn合 404

8.5.6含钴、锡的Pb-Sb-Ag合金 405

8.5.7Pb-Sb-Cd合金 406

8.5.8Pb-Sb-AS-Cd合金 408

8.5.9Pb-Sb-Ag-Cd（Te）合金 408

8.6免维护电池铅钙系列板栅合金的组成及性质 408

8.6.1含无锑合金的免维护电池的特点 408

8.6.2Pb-Ca合金 414

8.6.3Pb-Ca-Sn合金 416

8.6.5Pb-Ca-Al-Sn合金 417

8.6.4Pb-Ca-Sn-Ag合金 417

8.6.6Pb-Ca-Al-Sn-Bi合金 418

8.6.7Pb-Ca-Al-Sn-Cd合金 419

8.6.8Pb-Ca-Sn-Al-Na合金 420

8.6.9含碲和银的铅钙多元合金 420

8.7免维护电池铅锶系列板栅合金的组成及性质 420

8.7.1Pb-Sr合金 420

8.7.2Pb-Sr-Sn合金 421

8.7.3Pb-Sr-Al-Sn合金 421

8.7.4Pb-Sr-Al-Sn-Ag合金 422

8.8其它无锑合金 423

8.8.1Pb-Ag-Co-Sn合金 423

8.8.2Pb-Li-Sn合金 423

8.8.3Pb-Te-Ag-As合金 424

8.9轻型板栅 424

第九章 板栅的构型及制造 429

9.1板栅的设计原理 429

9.2.1垂直筋条板栅 434

9.2板栅的构型 434

9.2.2斜筋条改进型板栅 435

9.2.3辐射型板栅 436

9.2.4半辐射型板栅 438

9.2.5含塑料边框的辐射型板栅 439

9.2.6拉网式板栅 440

9.3常用板栅合金的配制 441

9.3.1Pb-Sb合金的配制 442

9.3.2低锑多元合金的配制 444

9.3.3Pb-Sb-AS合金的配制 445

9.3.4Pb-Ca合金的制备 445

9.3.5常用多元合金的组成及性能比较 447

9.4浇铸式板栅的制造 451

9.4.1浇铸式板栅的制造方法 451

9.4.2脱模剂的配方及使用 454

9.4.3板栅浇铸的工艺过程 457

9.5扩展式板栅的制造 461

10.1铅粉在蓄电池中的作用 470

第十章 铅粉制造 470

10.2氧化铅的结构及特性 471

10.3铅的热氧化机理 475

10.4铅的热氧化方法 477

10.4.1形成PbO的热氧化方法 477

10.4.2形成Pb3O4的热氧化方法 483

10.5铅粉的工业制造 484

10.5.1蓄电池工业上制造铅粉的方法 484

10.5.2铅粉的球磨法制造 487

10.5.3铅粉的气相氧化法制造 496

10.6铅粉的相组成及其物理化学特性 499

10.6.1铅粉的物相组成 499

10.6.2铅粉的物理化学特性 500

第十一章 和膏与涂片（板） 510

11.1和膏时的添加剂及其作用原理 510

11.1.1负极膏的添加剂 510

11.1.2正极膏的添加剂 521

11.2铅膏的制备和原理 530

11.2.1铅膏的制备概述 530

11.2.2铅膏形成的机理 532

11.3.1“软铅膏”（雪花膏型）的和膏工艺 540

11.3铅膏的制备过程 540

11.3.2“硬铅膏”（砂型膏）的和膏工艺 542

11.3.3膏的密度和稠度 543

11.3.4和膏中温度的影响 546

11.3.5铅膏视密度的测定 547

11.3.6和膏过程注意事项 548

11.3.7和膏流程 549

11.4.1涂片前的准备工作 550

11.4涂片（板）、滚片、浸酸（淋酸）工艺 550

11.3.8介绍几种正负极和膏配方 550

11.4.2手工涂板（片） 552

11.4.3机器涂板（片） 553

11.4.4涂片注意事项 554

第十二章 极板的固化 556

12.1极板的固化和干燥概述 556

12.2极板固化中的化学物理变化 557

12.2.1极板固化中的化学变化 557

12.2.2极板固化中的物理变化 563

12.3固化后膏的相组成对电池循环寿命的影响 568

12.4极板的固化方法 568

12.5固化方法对铅蓄电池极板性能的影响 572

12.5.1固化方法的不同对电池电容量的影响 572

12.5.2固化方法的不同对电池循环寿命的影响 576

第十三章 极板化成 578

13.1负极板化成中的电化学过程 578

13.1.1带状晶区中所发生的化学和电化学反应过程 578

13.1.2第一化成阶段 581

13.1.3第二化成阶段 583

13.2负极活性物质的微观结构和铅结晶体的作用 587

13.3正极板化成中的电化学过程 589

13.3.1两个化成阶段 589

13.3.2影响第一化成阶段PbO2晶区扩展方向的因素 591

13.3.3化成过程中的极板的孔隙度的变化 595

13.4化成后的PbO2结晶和形态 597

13.4.1β-PbO2和α-PbO2的比例 597

13.4.2化成后的PbO2晶态 598

13.5.1化成条件的选择 600

13.5槽式化成 600

13.5.2化成时槽电压和电极电位的变化 604

13.5.3化成终期的判断 605

13.5.4槽式极板的化成工艺 607

13.5.5取片、干燥 608

13.5.7熟极板外表质量检查 611

13.6电池化成 612

13.6.1电池化成的方法 612

13.5.8极板化成流程 612

13.6.2电池化成的条件的选择 613

13.6.3电池化成流程 615

13.5.6槽式化成应注意的事项 616

第十四章 铅蓄电池的装配 617

14.1铅蓄电池装配用的极板和电池槽 617

14.1.1正负极板 617

14.1.2铅蓄电池槽 619

14.2铅蓄电池隔板 621

14.2.1铅蓄电池隔板的一般要求和特性 621

14.2.2目前常用的一些铅蓄电池隔板 622

14.2.3隔板对电池性能的影响 626

14.3铅蓄电池中使用的硫酸溶液 628

14.3.1铅蓄电池用水 629

14.3.2铅蓄电池用硫酸 629

14.3.3铅钙合金作板栅的蓄电池硫酸溶液中的添加剂 629

14.4普通铅蓄电池装配工艺 639

14.4.1封口材料和设备 639

14.4.2铅件和极群焊接前的准备工作 641

14.4.3手工装配 642

14.4.4机械化自动装配 645

14.5密封式免维护铅蓄电池的装配 647

第十五章 附录 653

1国际原子量表（以12C＝12为基准） 653

2铅蓄电池中有关物质的热力学常数 654

3铅蓄电池有关物质的电化学转换关系 655

4铅化合物的密度 655

5铅化合物在水中的溶解度 656

6外国铅标准杂质含量表 656

7不同温度下硫酸溶液的密度与百分浓度对照表 657

825℃时某些体系的标准还原电位表 659