具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供了一种用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物,以重量百分比计,包含:
3%~10%的硫酸;
10%~15%的水;
0.05%~0.15%的短纤维;
0.01%~0.2%的石墨粉;
0.001%~0.1%的聚四氟乙烯乳液;
余量的铅粉。
铅膏是由铅粉、水、硫酸和添加剂在和膏机中混合而成的膏状物,可通过外力填涂在板栅的小格中,经加工形成铅酸蓄电池的极板。铅膏的配方组成在很大程度上影响极板的相组成,进而影响铅酸蓄电池的性能。在本发明中,所述用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物主要由铅粉、硫酸、水、短纤维、石墨粉和聚四氟乙烯乳液等成分组成。采用本发明提供的铅膏组合物制造的铅酸蓄电池具有较好的充电接受能力。
在所述用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物中,所述铅粉为主要组分,可形成铅酸蓄电池的活性物质;所述铅粉为本领域普通技术人员熟知的用于制造铅酸蓄电池极板的铅粉,如岛津铅粉或巴顿铅粉,本发明对其并无特殊限制。
在所述用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物中,所述水的含量为10%~15%,优选为12%~14%。所述硫酸的含量为3%~10%,优选为5%~8%;所述硫酸为本领域常用的硫酸,其密度为1.35g/cm3~1.4g/cm3;所述硫酸能够与所述铅粉发生反应,同时能与加入的水共同使铅膏获得一定的塑性,利于加工。
在所述用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物中,所述短纤维的含量为0.05%~0.15%,优选为0.08%~0.12%;所述短纤维为本领域普通技术人员熟知的用于制造铅酸蓄电池极板的短纤维,如丙纶短纤维和涤纶短纤维等,所述短纤维的长度优选为1mm~2mm;所述短纤维可提高活性物质之间的粘结力,从而增强极板的强度。
在所述用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物中,所述石墨粉的含量为0.01%~0.2%,优选为0.05%~0.15%,更优选为0.08%~0.12%;作为优选,所述石墨粉的粒度≤1.5μm;所述石墨粉具有导电性,能够提高活性物质的导电性,从而提高铅酸蓄电池的充电接受能力。
在所述用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物中,所述聚四氟乙烯(PTFE)乳液的含量为0.001%~0.1%,优选为0.005%~0.05%, 更优选为0.01%~0.04%;所述聚四氟乙烯乳液为聚四氟乙烯在表面活性剂存在下的分散浓缩液,作为优选,所述聚四氟乙烯乳液的固含量为60%~63%;所述聚四氟乙烯乳液能够增强活性物质的组织结构的牢固性,同时由于所述聚四氟乙烯乳液能够直接浸渍多孔材料,可使所述石墨粉更好地起到增强活性物质导电性的作用,从而进一步提高铅酸蓄电池的充电接受能力。
在本发明中,以重量百分比计,所述铅膏组合物优选还包含5%~10%的含铅混合物,所述含铅混合物以重量百分比计包含:70%~80%的β-PbO2;10%~20%的α-PbO2;3%~10%的硫酸。
所述含铅混合物的含量优选为5%~10%,更优选为6%~8%;其中,α-PbO2为斜方晶系,尺寸较大、颗粒较硬,在正极活性物质中可以形成网络或骨骼,使电极具有较长的寿命,但容量较低;β-PbO2为正方晶系,性能更为稳定,容量较高;所述硫酸为本领域常用的硫酸,其密度为1.35g/cm3~1.4g/cm3;本发明优选将所述含铅混合物加入所述铅膏组合物中,能够增加铅酸蓄电池的电池容量。
按照上述重量百分比,本发明将所述铅粉、所述短纤维、所述石墨粉和所述聚四氟乙烯乳液等成分混合,得到混合物;
将所述混合物与所述水和所述硫酸一起搅拌,得到浆状物,即所述用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物。
本发明在所述用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物中增加了石墨粉和PTFE乳液,有利于形成结构较合理的活性物质,所述活性物质具有良好的导电网络和充足的电化学活性,显著提高了铅酸蓄电池的充电接受能力。
本发明提供了一种铅酸蓄电池正极板,由板栅涂覆铅膏制成,其中,所述铅膏为本发明上文所述的铅膏组合物。
采用本发明上文所述的铅膏组合物制造铅酸蓄电池正极板,能够提高包括所述铅酸蓄电池正极板的铅酸蓄电池的充电接受能力,利于应用。
将本发明上文所述的铅膏组合物涂覆于由铅合金制成的板栅上, 经熟化、干燥、化成处理制成铅酸蓄电池正极板。
铅酸蓄电池正极板由板栅、设置于所述板栅表面的腐蚀层即界面层、设置于所述腐蚀层表面的过渡连接层和设置于所述过渡连接层表面的活性物质层即多孔活性材料层组成。设置于所述板栅表面的腐蚀层主要由氧化铅组成,由于未经掺杂的氧化铅的电阻较高,而且板栅的表面积与活性物质的表面积相比又小得多,因此腐蚀层是传递电流的限制因素之一。
在本发明中,所述板栅优选由铅合金制成,所述铅合金以重量百分比计优选包含:0.08%~0.12%的Ca;0.15%~0.5%的Sn;0.04%~0.06%的Al;0.03%~0.06%的Bi;0.01%~0.05%的Ag;余量的Pb。
在所述铅合金中,Pb为主要成分;Ca的含量优选为0.08%~0.12%,更优选为0.09%~0.11%;Sn的含量优选为0.15%~0.5%,更优选为0.1%~0.4%;Al的含量优选为0.04%~0.06%;Bi的含量优选为0.03%~0.06%,更优选为0.04%~0.05%;Ag的含量优选为0.01%~0.05%,更优选为0.02%~0.04%。
本发明优选在所述铅合金中增加有益元素Bi和Ag,使腐蚀层的氧化铅掺杂,提高其导电性和稳定性,从而克服铅酸蓄电池充电接受能力较小的缺陷。
在本发明中,所述铅合金以重量百分比计优选还包含0.001%~0.01%的SiO2,更优选还包含0.005%~0.008%的SiO2;在使用所述铅合金制造板栅的过程中,所述SiO2能够减少铅接触空气而被氧化的程度,有利于提高板栅的性能。
所述铅合金以重量百分比计优选还包含0.001%~0.01%的Al2O3,更优选还包含0.005%~0.008%的Al2O3。在使用所述铅合金制造板栅的过程中,所述Al2O3也能够减少铅接触空气而被氧化的程度,有利于提高板栅的性能。
本发明还提供了一种铅酸蓄电池,包括正极板、负极板、隔板和电解液,其中,所述正极板为本发明上文所述的铅酸蓄电池正极板。
采用本发明上文所述的铅酸蓄电池正极板制造铅酸蓄电池,所述 铅酸蓄电池的充电接受能力较好,利于应用。
将本发明上文所述的铅酸蓄电池正极板、负极板和隔板进行组装,灌入电解液,制成铅酸蓄电池。
所述负极板为本领域常用的负极板,本发明对其并无特殊限制;所述隔板为本领域常用的隔板,优选为PE隔板;本发明对所述电解液也没有特殊限制。
得到铅酸蓄电池后,先对其进行20h率的容量测试,然后将容量测试后的处于满荷状态的铅酸蓄电池进行充电接受能力测试和水损耗测试。测试结果表明,采用本发明提供的铅膏组合物制造的铅酸蓄电池具有较好的充电接受能力,利于应用。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明提供的用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物、铅酸蓄电池正极板和铅酸蓄电池进行具体地描述。
以下实施例所用的石墨粉由青岛莱西石墨加工厂提供,其粒度≤1.5μm,灰分含量≤0.1%,水分含量≤0.1%,pH值为6~7;所用的聚四氟乙烯(PTFE)乳液由上海华谊公司提供,其20℃密度为1.48g/cm3~1.53g/cm3,固含量为60%~63%,表面活性剂含量为6±2%。
实施例1
将800kg铅粉、1kg长度为1.5mm的丙纶短纤维、1kg石墨粉和1kgPTFE乳液混合,加入120kg水和77kg密度为1.35g/cm3的硫酸,经搅拌得到浆状物,即用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物;
将以重量百分比计包含0.08%Ca、0.15%Sn、0.04%Al和余量的Pb的铅合金制成板栅样品,置于密度为1.28g/cm3的硫酸中,在环境温度为25±2℃的条件下,以5.0mA/cm2恒电流阳极极化500h,然后在热碱溶液中除去氧化物,根据腐蚀失重和样品表面积计算,得到腐蚀速率为0.130mg/(cm2·h)、3.112mg/(cm2·d),重复上述操作并计算,得到腐蚀速率为0.112mg/(cm2·h)、2.651mg/(cm2·d);
将得到的铅膏组合物涂覆于由上述铅合金制成的板栅上,经熟化、干燥、化成处理制成铅酸蓄电池正极板;
将得到的铅酸蓄电池正极板与负极板、PE隔板进行组装,灌入电解液,制成12V、100Ah铅酸蓄电池。
对制成的铅酸蓄电池进行20h率的容量测试,测试的具体设置包括:放电电流为5A,终止电压为10.5V,开路电压为12.9V,放电时间为20.6h。测试结果显示,放电容量为103Ah;
将容量测试后的处于满荷状态的铅酸蓄电池进行充电接受能力测试,测试方法具体包括:先使所述铅酸蓄电池放电,放电制度为0.1C20A放电至终止电压10.5V,测试放电容量,然后进行充电,充电制度为0.1C20A恒流限压14.1V充电,直至电流3h不变为止,测量充电容量,以该次充电容量与前次放电容量的比值,即充电效率系数作为充电接受能力的标志。测试结果显示,放电容量为140.5Ah,充电容量为181.9Ah,充电效率系数为129.5%;
按照中国国家标准《起动用铅酸蓄电池技术条件》GB5008.1-2005对得到的铅酸蓄电池进行水损耗测试,充电制度为完全充电电池,以14.4V±0.05V恒压充电500h。测试结果显示,水损耗为0.92g/Ah。
实施例2
将850kg铅粉、1.5kg长度为2mm的丙纶短纤维、2kg石墨粉和0.5kgPTFE乳液混合,加入100kg水和46kg密度为1.4g/cm3的硫酸,经搅拌得到浆状物,即用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物;
将以重量百分比计包含0.08%Ca、0.15%Sn、0.04%Al、0.03%Bi、0.01%Ag和余量的Pb的铅合金制成板栅样品,置于密度为1.28g/cm3的硫酸中,在环境温度为25±2℃的条件下,以5.0mA/cm2恒电流阳极极化500h,然后在热碱溶液中除去氧化物,根据腐蚀失重和样品表面积计算,得到腐蚀速率为0.0867mg/(cm2·h)、2.07mg/(cm2·d),重复上述操作并计算,得到腐蚀速率为0.0762mg/(cm2·h)、1.831mg/(cm2·d),表明由所述铅合金制成的板栅能显著增强其耐腐蚀性能,提高充电接受能力;
将得到的铅膏组合物涂覆于由上述铅合金制成的板栅上,经熟化、干燥、化成处理制成铅酸蓄电池正极板;
将得到的铅酸蓄电池正极板与负极板、PE隔板进行组装,灌入电解液,制成12V、100Ah铅酸蓄电池。
对制成的铅酸蓄电池进行20h率的容量测试,测试的具体设置包括:放电电流为5A,终止电压为10.5V,开路电压为12.92V,放电时间为20.7h。测试结果显示,放电容量为103.5Ah;
将容量测试后的处于满荷状态的铅酸蓄电池进行充电接受能力测试,测试方法与实施例1相同。测试结果显示,放电容量为142.3Ah,充电容量为199.6Ah,充电效率系数为140.3%;
按照中国国家标准《起动用铅酸蓄电池技术条件》GB5008.1-2005对得到的铅酸蓄电池进行水损耗测试,充电制度为完全充电电池,以14.4V±0.05V恒压充电500h。测试结果显示,水损耗为1.03g/Ah。
实施例3
将800kg铅粉、0.5kg长度为1mm的丙纶短纤维、0.1kg石墨粉、0.4kgPTFE乳液和50kg含铅混合物混合,其中,所述含铅混合物包含35kg β-PbO2、10kgα-PbO2和5kg密度为1.4g/cm3的硫酸,加入100kg水和49kg密度为1.4g/cm3的硫酸,经搅拌得到浆状物,即用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物;
将以重量百分比计包含0.08%Ca、0.15%Sn、0.04%Al、0.03%Bi、0.01%Ag、0.01%SiO2、0.01%Al2O3和余量的Pb的铅合金制成板栅;
将得到的铅膏组合物涂覆于制成的板栅上,经熟化、干燥、化成处理制成铅酸蓄电池正极板;
将得到的铅酸蓄电池正极板与负极板、PE隔板进行组装,灌入电解液,制成12V、100Ah铅酸蓄电池。
对制成的铅酸蓄电池进行20h率的容量测试,测试的具体设置包括:放电电流为5A,终止电压为10.5V,开路电压为12.93V,放电时间为20.8h。测试结果显示,放电容量为104Ah;
将容量测试后的处于满荷状态的铅酸蓄电池进行充电接受能力测试,测试方法与实施例1相同。测试结果显示,放电容量为148.5Ah,充电容量为208.8Ah,充电效率系数为140.6%;
按照中国国家标准《起动用铅酸蓄电池技术条件》GB5008.1-2005对得到的铅酸蓄电池进行水损耗测试,充电制度为完全充电电池,以14.4V±0.05V恒压充电500h。测试结果显示,水损耗为1.01g/Ah。
比较例1
将800kg铅粉与1kg长度为1.5mm的丙纶短纤维混合,加入122kg水和77kg密度为1.35g/cm3的硫酸,经搅拌得到浆状物,即用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物;
将以重量百分比计包含0.08%Ca、0.15%Sn、0.04%Al和余量的Pb的铅合金制成板栅;
将得到的铅膏组合物涂覆于制成的板栅上,经熟化、干燥、化成处理制成铅酸蓄电池正极板;
将得到的铅酸蓄电池正极板与负极板、PE隔板进行组装,灌入电解液,制成12V、100Ah铅酸蓄电池。
对制成的铅酸蓄电池进行20h率的容量测试,测试的具体设置包括:放电电流为5A,终止电压为10.5V,开路电压为12.86V,放电时间为20.5h。测试结果显示,放电容量为102.5Ah;
将容量测试后的处于满荷状态的铅酸蓄电池进行充电接受能力测试,测试方法与实施例1相同。测试结果显示,放电容量为133.2Ah,充电容量为135.3Ah,充电效率系数为101.6%;
按照中国国家标准《起动用铅酸蓄电池技术条件》GB5008.1-2005对得到的铅酸蓄电池进行水损耗测试,充电制度为完全充电电池,以14.4V±0.05V恒压充电500h。测试结果显示,水损耗为1.03g/Ah。
比较例2
将800kg铅粉、1kg长度为1.5mm的丙纶短纤维和1kg石墨粉混合,加入121kg水和77kg密度为1.35g/cm3的硫酸,经搅拌得到浆状物,即用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物;
将以重量百分比计包含0.08%Ca、0.15%Sn、0.04%Al和余量的Pb的铅合金制成板栅;
将得到的铅膏组合物涂覆于制成的板栅上,经熟化、干燥、化成 处理制成铅酸蓄电池正极板;
将得到的铅酸蓄电池正极板与负极板、PE隔板进行组装,灌入电解液,制成12V、100Ah铅酸蓄电池。
对制成的铅酸蓄电池进行20h率的容量测试,测试的具体设置包括:放电电流为5A,终止电压为10.5V,开路电压为12.85V,放电时间为20.3h。测试结果显示,放电容量为102.6Ah;
将容量测试后的处于满荷状态的铅酸蓄电池进行充电接受能力测试,测试方法与实施例1相同。测试结果显示,充电效率系数为110.7%;
按照中国国家标准《起动用铅酸蓄电池技术条件》GB5008.1-2005对得到的铅酸蓄电池进行水损耗测试,充电制度为完全充电电池,以14.4V±0.05V恒压充电500h。测试结果显示,水损耗为1.01g/Ah。
比较例3
将800kg铅粉、1kg长度为1.5mm的丙纶短纤维和1kgPTFE乳液混合,加入121kg水和77kg密度为1.35g/cm3的硫酸,经搅拌得到浆状物,即用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物;
将以重量百分比计包含0.08%Ca、0.15%Sn、0.04%Al和余量的Pb的铅合金制成板栅;
将得到的铅膏组合物涂覆于制成的板栅上,经熟化、干燥、化成处理制成铅酸蓄电池正极板;
将得到的铅酸蓄电池正极板与负极板、PE隔板进行组装,灌入电解液,制成12V、100Ah铅酸蓄电池。
对制成的铅酸蓄电池进行20h率的容量测试,测试的具体设置包括:放电电流为5A,终止电压为10.5V,开路电压为12.85V,放电时间为20.3h。测试结果显示,放电容量为102.7Ah;
将容量测试后的处于满荷状态的铅酸蓄电池进行充电接受能力测试,测试方法与实施例1相同。测试结果显示,充电效率系数为108.9%;
按照中国国家标准《起动用铅酸蓄电池技术条件》GB5008.1-2005 对得到的铅酸蓄电池进行水损耗测试,充电制度为完全充电电池,以14.4V±0.05V恒压充电500h。测试结果显示,水损耗为1.02g/Ah。
比较例4
将800kg铅粉与1kg长度为1.5mm的丙纶短纤维混合,加入122kg水和77kg密度为1.35g/cm3的硫酸,经搅拌得到浆状物,即用于制造铅酸蓄电池正极板的铅膏组合物;
将以重量百分比计包含0.08%Ca、0.15%Sn、0.04%Al、0.03%Bi、0.01%Ag和余量的Pb的铅合金制成板栅;
将得到的铅膏组合物涂覆于制成的板栅上,经熟化、干燥、化成处理制成铅酸蓄电池正极板;
将得到的铅酸蓄电池正极板与负极板、PE隔板进行组装,灌入电解液,制成12V、100Ah铅酸蓄电池。
对制成的铅酸蓄电池进行20h率的容量测试,测试的具体设置包括:放电电流为5A,终止电压为10.5V,开路电压为12.85V,放电时间为20.5h。测试结果显示,放电容量为102.5Ah;
将容量测试后的处于满荷状态的铅酸蓄电池进行充电接受能力测试,测试方法与实施例1相同。测试结果显示,放电容量为138.6Ah,充电容量为164.4Ah,充电效率系数为118.6%;
按照中国国家标准《起动用铅酸蓄电池技术条件》GB5008.1-2005对得到的铅酸蓄电池进行水损耗测试,充电制度为完全充电电池,以14.4V±0.05V恒压充电500h。测试结果显示,水损耗为1.12g/Ah。
表1本发明提供的实施例和比较例的充电接受能力的对比结果
由表1可知,本发明实施例提供的铅酸蓄电池具有较好的充电接受能力。表明采用本发明提供的铅膏组合物制造的铅酸蓄电池的充电接受能力较好,利于应用。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。