木素对铅蓄电池性能的影响

早在20世纪60年代初期，国内某些厂就开始用腐植酸作为负极板的添加剂，而于此同时淄博厂则着手试用木素解决起动用蓄电池—18℃低温放电问题，发现其各项性能均略优于腐植酸的配方，而价格却比腐植酸低得多。

1、木素简介

碱木素是由造纸厂废黑液提制和再加工处理而得；酸木素是原北京光华木材厂水解废渣经再加工提制而得。外观均为土褐色与棕褐色粉末物，粒径为1～5μm，表观密度为0.4～0.5g／cm3，密度为1.3～1.5g／cm3，比表面为180m2／g的呈负电性的胶体粒子。碳含量为60％～64％，氧为31％～34％，氢为5％～6％。碱木素在空气中软化点为120℃，熔点为140～150℃的可熔高分子同系物的混合物，能吸附大量气体和酸碱盐物质，故曾做矿用浮选剂、土壤改良剂、气体吸附剂、建筑材料与动物饲料的添加剂(3％～5％)，又可做工业用碳的原材料。

2、负板添加剂的研究和应用结果

淄博蓄电池厂于1963～1976年曾将木素用于固定型、牵引用及汽车用电池中，均取得了良好的生产和使用效果，后因料源枯竭而被迫改用腐植酸。

碱木素和酸木素在Q型电池上的试验结果曾发表于“电源技术”1991年3期。

结合当年的生产和用户反映及性能检测，木素的性能可总结如下。

(1)低温性能

以前规定Q型汽车蓄电池以—18℃，3C10电流起动放电终止电压1.0V时，2.5min可列为优等品，而用木素的电池可达6～6.8min；用做3QG—105放电，在同样条件下可达8.3min，正常生产的10年多在Q型70～182Ah的抽样检查中测得的性能(低温)是4(6-Q-182)～6.8min，这涉及电液问题，当时灌酸密度为1.26g／cm3，而182Ah组装较紧，酸量不足。

用3Q—105电池在—50℃下检测可放电1.9rmin，而且保证硬橡胶槽与盖联接的封口剂不许开裂，在当时均曾达标。

装车使用试验，曾在内蒙古加格达奇地区进行，当大气温度—44℃，而池温—42℃时未起动打火(当时由于人为原因：灌酸和充电均出现失误)，当大气温度—42℃而池温为40℃时起动顺利。当然在那样超低温下要求汽车、坦克、装甲车、拖拉机均是严格的，例如水—50℃不许结冰(加乙二醇)，汽油—50℃的燃点闪点均要正常(加乙醚)，机油—50℃仍要保持正常润滑，而对蓄电池只要求—40℃；能打火起动就行。当时交通部科学研究院，有关特种部门、蓄电池生产厂家及相关用户单位在塔河、漠河等地严冬车试，能打起火的车仅此木素配方是成功的。当时还有西宁——拉萨和新疆布尔津的车试也取得了成功。

按现行标准GB50080.1-91规定的—18℃，Is放电达1min时其电压达1.62～1.70V，超过标准规定的1.40V和某些先进水平的1.58～1.62V。此处Is系指3C20值，当然4C20、5C20、9C20则另有要求和结果。

(2)自放电性能

有3只3Q—105电池在试验室做完容量和初期各种试验(达20全充放周期)，然后充好电调到电液密度为1.2kg／cm3，放置半年后再测电液密度则为1.26g／cm3，进行容量放电仍达102％～104％(放置前容量为120％左右)，所以，自放电性能是良好的，因为放置半年多仍可使用这种搁置3个月或6个月后不用充电仍可使用的电池在特种用途上具有重大的意义。

(3)析气性能

铅蓄电池容量性能好则析气量低，一般规定接近寿命终止的电池其析气量是初期容量的3～7倍以上，实际测定也是这样，pb-Sb合金板栅的QT—10500Ah电池就是个显著的例子。显然，改善板栅合金成份是能改善析气性能的，但负板添加剂不同和用量不同则对析气性能有相差13倍以上的结果，这对免维护电池，尤其是对VRLA贫液电池的失水和热失控是有致命影响的，木素在这方面的析气量是很低的，当然这是指经过再加工的铅蓄电池专用木素，不经过专门加工的木素是不能用的，不但容量不达标，而析气量要高出已加工木素的7～13倍。腐植酸也高出木素的1～5倍，当然这与配方量有很大的关系。以上是我们做了共42只3—Q—95电池试验收气而得的结果。我们收气的方法是停止充电后连续收气6h，再换算到mL／min而进行对比的。我们还试过某些产地的腐植酸经过再加工处理后，配方量达1.5时的析气也接近于木素。

所以，对VRLA蓄电池和其他富液式免维护蓄电池负板采用木素是有利于免维护性能的，甚至是必需的。VRLA贫液式铅蓄电池失水减少则有利于延长使用寿命，因此VRLA蓄电池负极配方添加木素是解决其寿命短的措施之一。

(4)寿命性能

就Q型电池而言，负板配方中添加木素，负极板的寿命相当于正板的3～5倍以上。Q型电池寿终解剖时发现，其正板栅烂断而负板虽然膨胀得很厉害，但用手指甲划痕时金属光泽很亮，当再配上新的正板继续充放进行寿命试验时，发现在此过程中低温起动、常温起动和容量则更好；如此充放更换正板3次，负板性能仍然同前，虽然膨胀，但不脱粉，可以继续试下去。同样，腐植酸配方的负板当电池寿终、正板栅腐断烂掉时，而负板寿命也终止了，其金属光泽较差或无光泽，并呈砂粒状的硬化，不能再用。

(5)工艺性能

木素在合膏均匀、涂板滑腻柔和、与板栅结合牢固及化成除水后干燥不易氧化等方面是优于腐植酸的，在这方面和木素磺酸盐及改性木素磺酸盐相似。显然在贮存时也不易氧化。由于上述工艺性能，所以对极板和蓄电池的寿命性能是有利的，当然也有利于操作，尤其是手工操作更为有利。

(6)其他性能

其他如C20、Cr,n。和充电接受能力等方面与优质酸腐植酸相似或略有提高，但不明显。

3、分析讨论

(1)木素的原料是造纸厂废黑液提制的粗木素粘稠物或水解厂的废渣，收取这些废物是不花钱的，因此其成本低于腐植酸，但有的木素粘稠物比较干洁(固体含量为2.5％～50％)。近年由于环保要求严格，有的中小型造纸厂根本不要钱，欢迎为其减少污染。这样的原料经过再加工制成蓄电池专用木素则成本为700～1500元／t，比腐植酸成本低。如果制成动物饲料添加剂(有利动物加速成长和提高肉蛋质量)，其成本大约是100～200元／t，用做建筑材料、矿山浮选剂(用量特大)其成本同动物饲料添加剂。但做气体吸附剂成本大约是300～400元／t；其销售价均较高。有人介绍从国外进口木素是3～12万元／t，个别者有18万元／t吨和2万元／t，均高于现用腐植酸和国内木钠、木钙、木镁等等。

笔者认为从性能上和价格上应大力开发木素做铅蓄电池负板添加剂。

(2)关于腐植酸

制取腐植酸的原料是风化煤、泥煤、褐煤和草甸土的腐植质，含量一般为20％～60％，同一原料因产地不同其腐植酸含量也不同，加入负板所呈现的性能也有区别，就像木素一样，木浆和草浆、麦浆、稻浆等提制的木素性能也略有差异。一般从湖泥中提取的腐植酸性能较差些。这些高分子化合物的同系物混合物分子量为300～400的称黄腐植酸(溶于水)，而分子量为103～104称棕腐植酸，分子量高达104～106的为黑腐植酸，一般腐植酸含碳55％～65％，氧25％～35％，氢5.5％～6.5％，氮3％～4％，还有少量磷硫金属等。

酸法提制的腐植酸的性能一般低于碱腐植酸，如果工艺严格也可能优于碱腐植酸，但多数厂家掌握不好工艺，生产的酸腐植酸不及碱腐植酸。在没有木素时可以用腐植酸代替一时是可以的，因为它的性能优于木素纤维素和纤维素等。
(3)木素磺酸盐问题

木素磺酸盐也是由造纸厂废液提取的，但是用亚硫酸盐(钠、镁、钙、铵等……)制浆的废黑液，而木素是用火碱(NaOH、KOH等……)·制浆的废黑液提取时，木素磺酸盐含有12％～15％的硫，而木素不含有，但经过再加工的木素中有7％左右的硫酸残留于内，其硫含量为2％左右。木素磺酸盐中木钠有较好低温性能，用量为铅粉的0.3％～0.4％，有的用0.2％，超过0.4％膨胀特别严重，影响寿命，而合膏工艺不同于木素和腐殖酸。木钠低温性能低于木素，但优于腐植酸，而木镁同腐植酸并用其低温性能优于木钠；木钙低温性能低于木钠和腐植酸，但其大电流常温放电优于所有添加剂，所以，木钙适于南方工作的蓄电池或特种蓄电池的负板做添加剂。

用木铵或木钠制取木镍、木钴、木钡等，也取得了较好的试验结果，但因成本关系，难以广泛推广应用，但用于特殊用途的电池是可以考虑的。改性或再加工的木素磺酸物虽有较好技术性能，但因成本较高，也只能用于特殊目的。

木钠成本也不高，有的应用者反映其低温性能在使用后期急剧下降，甚至不能起动车辆，这可能和木钠的质量有关。只有经过再加工的木钠、木钙、木镁等才能获得良好的各项性能，也就是说，从废液中提取的初步产物基本不能应用。

4、结语

开发木素、木素磺酸盐是提高蓄电池各项性能和降低成本的重要技术措施，有利于中国蓄电池技术性能更上一层楼，凡有条件的单位应开辟此市场。