电化学测试用铅蓄电池负极铅膏电极、专用模具及测试槽的制作方法

本发明涉及电化学检测技术领域，特别是涉及一种电化学测试用铅蓄电池负极铅膏电极、专用模具及测试槽。

背景技术：

铅蓄电池是目前使用最为广泛的二次电池，为了满足使用要求，有较多的铅蓄电池科研工作者把负极当做研究重点。近些年不断有报道通过对负极进行改善，能够大大提高电池的性能，例如铅炭电池、耐高温型储能电池等，除此之外，负极活性物质孔结构特征也会给电池性能带来非常大的变化。

在研究过程中，通常会根据电池测试结果来判断材料或者其它因素对于电池性能的改善，而在实际操作中，经常会面临如下两个方面的问题，第一，虽然方案设计初会尽量排除其他因素，选择单一因素作为研究点，但是实际上电池的装配过程中，本身就存在众多的影响因素，特别是极板批量或者是小批量生产过程中，一致性控制较难，往往一致性偏差比单一因素影响要大，导致得出的结论会误导研究者；第二，在材料的筛选过程中，按照每一种配方都进行极板生产，工作量较大，测试时间周期较长，最后得到的数据也往往没有规律可言。

循环伏安法是一种很实用的电化学研究方法，可用于电极反应的性质、机理和电极过程动力学参数的研究。也可用于定量确定反应物浓度，电极表面吸附物的覆盖度，电极活性面积以及电极反应速率常数、交换电流密度，反应的传递系数等动力学参数。针对铅蓄电池，在实验前期阶段，例如材料的筛选，可以通过电化学测试得到有效的结论，进而进行后续的电池装配实验。而电化学测试只需要制备好工作电极，就可以有针对性的对负极进行研究，工作电极的制备相比电池的制备，影响因素要少，而且都较易控制，因而得出的结论非常具有参考价值，因此负极工作电极的制备就显得较为关键。

而工作电极制备的几个关键因素主要有：1、测试过程中，工作面积的大小会影响电流密度，因而影响后续测试的准确性，首先要保证每个电极的工作面相同；2、每个工作电极涂的膏量直接影响电极的电容特性，因此要保证每个工作电极所涂上的膏量基本接近；3、在测试过程中负极会遇到析氢，氢气的析出有可能导致铅膏的脱落，因此铅膏和导电体的结合必须要非常紧密。

电化学分析测试是电化学研究过程中必备的手段，在测试过程中涉及3电极工作体系，分别是工作电极、辅助电极以及参比电极。测试过程中，为了尽量避免偶然误差，辅助电极的面积要大于工作电极的面积，通常要求在10倍以上，参比电极尽量接近工作电极工作面，避免对电极造成屏蔽，以保证电极电势的正确测量和控制，工作电极除了工作面之外，非工作面要采用绝缘材质进行密封处理，除此之外，测试过程中，每次工作电极工作面和辅助电极工作面之间的距离保持一致，工作面基本要求保持对称，才能保证电极表面各处的电力线均匀分布。

实际测试过程中，会遇到几个方面的问题，1、工作电极密封不牢靠，导致有非工作面接触电解液，特别是焊接铜线的焊点位置容易出现微缝隙；2、密封所用的绝缘材料同电解液进行反应，特别是整个密封电极完全浸泡在电解液中；3、手工密封的工作电极，很难保证工作电极工作面和辅助电极工作面之间距离一致，工作面保持对称。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中缺乏合适的电化学测试用铅蓄电池负极铅膏电极的问题，提供了一种电化学测试用铅蓄电池负极铅膏电极及专用模具。

一种电化学测试用铅蓄电池负极铅膏电极，包括铅柱以及由环氧树脂固化形成树脂块，所述树脂块上具有固定铅柱的通孔，所述铅柱的第一端部插入通孔内且侧面被树脂块密封包裹，第二端部凸设于树脂块外，所述通孔包括紧靠所述第一端部的留空段，所述留空段内填充有铅膏。

优选的，所述铅膏填满留空段，与树脂块表面齐平。

更优选的，所述铅柱直径为5～10mm，高度为30～50mm，铅膏的填充高度为1～2mm。

优选的，所述树脂块为圆柱形，通孔位于树脂块的中心。

本发明还提供了一种用于制备所述电化学测试用铅蓄电池负极铅膏电极的专用模具，包括用于浇铸形成树脂块的筒体，所述筒体的底部设有密封盖板，顶部设有定位铅柱的顶板，所述顶板的中心设有与铅柱配合的定位孔，所述顶板与筒体的内腔边沿之间具有供注入环氧树脂的间隙。使用专用模具来制备电极，有利于保证所制备的电极的工作面积一致，且通过顶板的定位，铅柱位置确定，且不容易倾斜导致工作面积发生偏差。

优选的，所述筒体的顶端端面具有与顶板端部配合的缺口，所述顶板与筒体的顶端端面齐平。

优选的，所述顶板两侧与筒体的内腔边沿均具有间隙。

优选的，所述密封盖板设有与铅柱底端配合的定位槽。通过与铅柱底端配合的定位槽以及顶板的定位孔的两重定位，确保铅柱位置不偏移，且不倾斜，保证了工作面积的一致。

本发明还提供了一种工作电极侧放的测试槽，解决现有技术中电极制备问题所带来的实验误差。

一种工作电极侧放的测试槽，所述工作电极为所述的电化学测试用铅蓄电池负极铅膏电极，所述测试槽包括槽体，所述槽体的侧面设有连接管，所述连接管内设有与树脂块配合的套筒，所述套筒靠近槽体一端封闭，另一端设有与连接管口部配合的折边；所述连接管上设有与其螺纹配合的锁紧盖，锁紧盖与套筒之间设有螺母，一穿过锁紧盖的中空螺杆与螺母配合，抵紧树脂块的一个端面，树脂块的另一端面与套筒的封闭端密封配合，套筒的封闭端设有与所述铅膏位置对应的进液孔。

优选的，所述折边与连接管之间设有密封圈。

优选的，所述锁紧盖的侧面设有防滑纹。

优选的，所述槽体上设有密封盖，所述密封盖上设有用于插设电极和传感器的固定孔。

优选的，所述密封盖上设有与槽体口部配合的内塞。

本发明电化学测试用铅蓄电池负极铅膏电极结构简单，加工制备过程配合专用模具保证每一个工作电极的工作面积一致，膏量一致，铅膏与铅柱紧密结合。采用电化学方法，可以对铅膏配方进行定性和定量的基础研究，方便快捷，指导铅蓄电池生产。

本发明测试槽通过将待检测的工作电极插入槽体侧面的连接管中的套筒内，使工作电极的铅膏通过套筒上的进液孔与槽体内的电解液接触，然后工作电极的另一端的树脂块受挤压使树脂块具有铅膏一侧与套筒保持密封，避免电解液从连接管中漏出，从而使工作电极只铅膏与电解液接触，树脂块本身不接触电解液，也使得工作电极的铅柱引出铜线端焊点不需要进行密封。

附图说明

图1为本发明电化学测试用铅蓄电池负极铅膏电极的爆炸结构示意图。

图2为本发明电化学测试用铅蓄电池负极铅膏电极的剖视结构示意图。

图3为本发明专用模具的剖视结构示意图。

图4为本发明专用模具的俯视结构示意图。

图5为本发明测试槽的爆炸图。

图6为本发明测试槽的立体结构示意图。

图7为本发明测试槽与工作电极组装后的结构示意图。

图8为图7中a局部放大图。

具体实施方式

如图1和2所示，一种电化学测试用铅蓄电池的工作电极1(即电化学测试用铅蓄电池负极铅膏电极)，包括铅柱11以及由环氧树脂固化形成的树脂块12，树脂块12上具有固定铅柱11的通孔13，树脂块12为圆柱形，通孔13位于树脂块12的中心。铅柱11的第一端部插入通孔13内且侧面被树脂块12密封包裹，第二端部凸设于树脂块12之外，通孔13包括紧靠铅柱11第一端部的留空段14，留空段14内填充有铅膏15。铅膏5填满留空段14，与树脂块12表面齐平。铅柱11的直径为5～10mm，高度为30～50mm，铅膏15的填充高度为1～2mm。

如图3和4所示，一种用于制备如图1和2所示工作电极1的专用模具3，包括用于浇铸形成树脂块12的筒体31，筒体31的底部设有密封盖板32，密封盖板32设有与铅柱11底端配合的定位槽37；顶部设有定位铅柱11的顶板33，筒体31的顶端端面具有与顶板33端部配合的缺口36，顶板33与筒体31的顶端端面齐平，顶板33的中心设有与铅柱11配合的定位孔34，顶板33与筒体31的内腔边沿之间具有供注入环氧树脂的间隙35，顶板33两侧与筒体31的内腔边沿均具有间隙35。通过与铅柱11底端配合的定位槽37以及顶板33的定位孔34的两重定位，确保铅柱11位置不偏移，且不倾斜，保证了工作面积的一致。

具体制备工作电极1时，先将电解铅熔化后，浇注成铅柱，然后将铅柱11的一端插入专用模具的筒体31内，铅柱底端插入与筒体31底部密封配合的密封盖板32正中间的定位槽37内，铅柱顶端与顶板33中心位置处的定位孔34配合，然后将一定量的环氧树脂从顶板33与筒体31的内腔边沿之间的间隙35浇注到筒体31内腔中，待环氧树脂硬化后成为密封铅柱的树脂块，取出铅柱与树脂块的结合体(半成品工作电极)，然后在车床上进行精加工，首先将盖面(浇注时的底面)车平，平整后进行钻孔，钻孔前利用上述专用模具对钻刀的位置进行定位，让钻刀的中心位置同顶板33上定位孔34的中心位置重合，确认无误后开始对半成品工作电极进行钻孔，调整车床的参数，控制钻头钻入深度为1～2mm，钻孔形成留空段14，再将和制好的铅膏涂在留空段14内，进行固化后获得如图1和2所示的工作电极1。检测前，在铅柱11设于树脂块12外的一端焊接铜线，进行检测。

如图5和6所示，一种检测时将工作电极1侧放的测试槽2，包括槽体21，槽体21的侧面设有连接管22，槽体21竖直放置时连接管22处于水平位置。连接管22内设有套筒23，套筒23靠近槽体21一端封闭，中间设有进液孔231，另一端设有与连接管22口部配合的折边232。折边232与连接管22之间设有密封圈26。

连接管22外侧壁具有外螺纹，锁紧盖24内侧壁具有内螺纹，锁紧盖24与连接管22螺纹配合旋紧，锁紧盖24的侧面设有防滑纹。锁紧盖24与套筒23之间设有螺母25。锁紧盖24上具有通孔241，中空螺杆27穿过锁紧盖24的通孔241与螺母25配合。槽体21上设有密封盖28，密封盖28上设有用于插设电极和传感器的固定孔281。密封盖28上还设有与槽体21口部配合的内塞282。

如图7和8所示，将工作电极1与测试槽2组装在一起，工作电极1插入套筒23内，树脂块12一端抵住套筒23与套筒23的封闭端密封配合，工作电极1的铅膏15正对进液孔231，使得电解液能够与铅膏15接触。中空螺杆27穿过锁紧盖24上通孔241的一端插入套筒23内抵紧树脂块12，使树脂块12与套筒23的封闭端具有良好的密封效果，由于中空螺杆27与螺母25配合，可以通过将中空螺杆27向槽体21一侧旋紧来使树脂块12与套筒23的封闭端密封效果更好。铅柱11凸设于树脂块12之外的第二端部穿入中空螺杆27中间的通孔271中，铅柱11的这一端用于焊接检测用的铜线。

检测时，辅助电极和参比电极从密封盖28的固定孔281中放入电解液中固定，保证每次测试过程中，辅助电极和参比电极位置不变，工作电极1从侧面连接管22放入测试体系电解液中。