CN102916227B

CN102916227B - 一种纯电动车用铅-碳电池的制作方法

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Publication number: CN102916227B
Application number: CN201210271048.7A
Authority: CN
Inventors: 陈松; 杨军
Original assignee: WUHAN INTEPOWER CO Ltd
Current assignee: WUHAN INTEPOWER CO Ltd
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2032-07-31
Also published as: CN102916227A

Abstract

本发明涉及到一种纯电动车用铅-碳电池的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1）、将聚氨酯海绵依次进行除油、粗化、中和、预浸、活化、化学镀银最后经过电镀铅，得到泡沫铅材料；步骤2）、将上述泡沫铅材料切割成型，分别涂覆正、负极活性物质，所述负极活性物质中添加碳黑作为添加剂；步骤3）、正、负极板经固化、干燥后，装配成为成品电池。该方法能显著提高电池性能。

Description

一种纯电动车用铅-碳电池的制作方法

技术领域

本发明涉及到一种纯电动车用铅-碳电池的制作方法。

技术背景

纯电动车的发展历史悠久，至今已有100多年时间。纯电动车是采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车。它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。然而，这种节能环保型的汽车产品，目前仅仅只能在某些特定范围和场合下使用，主要原因在于电源系统的缺陷制约了纯电动汽车的发展。纯电动汽车所使用的电源，如铅酸电池、锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池，这些电池普遍存在价格高昂、使用寿命短、体积大、自重高、甚至在使用过程中，电池的安全性方面还存在问题。开发、研制出一种适合于电动车用蓄电池，使其单位重量储存的能量增加，即提高电池的比能力、比功率，同时降低电池成本，容易形成规模化生产，产生规模效益，是使纯电动车市场繁荣发展的关键。

铅酸蓄电池生产技术的发展由来已久，生产工艺稳定，适合于大规模生产，电池其主要特点：安全密封，维护简单，使用寿命长，质量稳定，可靠性高，生产成本低廉，而且是唯一的一种能实现再生循环利用的电池。其主要缺点在于电池的比能力较低，电池自重高，制约了它在纯电动车领域的应用。针对纯电动车用蓄电池的技术要求，我们开发研制出一种，适用于纯电动车用的铅-碳电池。它是在原有铅酸蓄电池的基础上，改变其正、负板栅的结构，应用一种新型的泡沫铅材，代替现有的重力浇注铅板栅，大大的节约了金属铅的用量，降低了电池自重，提高电池的比能量。在负板活性物质中添加了碳黑作为添加剂，提高电池的电性能。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：提供一种纯电动车用铅-碳电池的制作方法，该方法能显著提高电池性能。

为解决本发明所提出的技术问题，本发明采用的技术方案为：一种纯电动车用铅-碳电池的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1）、将聚氨酯海绵依次进行除油、粗化、中和、预浸、活化、化学镀银最后经过电镀铅，得到泡沫铅材料；

步骤2）、将上述泡沫铅材料切割成型，分别涂覆正、负极活性物质，所述负极活性物质中添加碳黑作为添加剂；

步骤3）、正、负极板经固化、干燥后，装配成为成品电池。

上述方案中，所述的除油为：将聚氨酯海绵浸泡于碱性溶液中1～10分钟，所述碱性溶液为氢氧化钠3～5g/L,碳酸钠10～30g/L，磷酸三钠5～10g/L，OP-10乳化剂 0.5～5g/L,温度为室温，经过除油处理，可以清除海绵在加工处理及运输过程中，吸附在海绵海绵丝表面的油污及灰尘，达到清洁海绵表面的目的。

上述方案中，所述的粗化为：将除油后的聚氨酯海绵浸泡于强碱性溶液中浸蚀5～15分钟，所述的强酸性溶液为氢氧化钠100～200 g/L和高锰酸钾5～10 g/L的混合溶液。通过粗化处理可使聚氨酯海绵的表面微观粗糙，表面积增大，从而易于吸附活性物质。

上述方案中，所述的中和为：将粗化后的聚氨酯海绵于草酸50～100 g/L和过氧化氢（30%）50～100 ml/L溶液中浸泡1～10分钟。其作用在于中和材料表面残留碱性溶液，避免粗化溶液带入预浸溶液中，缩短预浸溶液的使用寿命。

上述方案中，所述预浸溶液为：将中和后的聚氨酯海绵，置于预浸溶液中浸泡15～30分钟，所述的预浸液为氯化亚锡10～100 g/L和盐酸20～200ml/L的混合液。

上述方案中，所述的活化为：将预浸后的聚氨酯海绵浸泡于活化液中进行活化处理1～30分钟，所述的活化液为硝酸银2～10g/L、氨水（25%）5～25 ml/L的混合液。

上述方案中，所述的化学镀银为：将活化后的聚氨酯海绵，浸泡于化学镀银溶液中1～2分钟，所述的化学镀银溶液为：硝酸银5～10g/L，氨水（25%）20～50 ml/L，三乙醇胺5～15 g/L，乙二醛（40%）20～30 g/L，碘酸钾0.01～0.03g/L。

上述方案中，所述电镀铅的工艺为：将经化学镀银后的海绵作为阴极，将纯铅板作为阳极，电解液配方为：氧化铅280～320g/L，硼酸200～240g/L氢氟酸（50%）240～280 ml/L，明胶5～15g/L，室温，电流密度为1～5A/dm²，电镀时间60～300分钟。

经上述方法得到的泡沫铅材料，具有一定的机械强度、重量轻、比表面积大、通孔率高、易于焊接，锡镀层纯度高，杂质少，镀层细致柔软，孔隙率低。在制成电池后，泡沫铅材料腐蚀后，不会由于其基体溶解出其它的有害金属离子，影响电池的化学性能。

上述方案中，所述负极活性物质配方按重量计为：铅粉1000份，蒸馏水130～150份，硫酸（d=1.4）20～30份，短纤维1～2份，碳黑10～30份；正极活性物质配方为：铅粉1000份，蒸馏水120～130份，硫酸（d=1.4）75～90份。

涂板后正、负板经过72小时，45℃固化、干燥，得到纯电动车用蓄电池正、负极板。最后正、负极极板配组、装配成纯电动车用蓄电池。

本发明的有益效果：（1）采用化学还原的方法经除油、粗化、中和、预浸、活化、化学镀银后，再在聚氨酯海绵表面电镀铅，得到泡沫铅材料，此种方法工艺步骤简单，易于操作、溶液维护方便，生产效率高，成本低廉，适宜于大规模生产；（2）所得的泡沫铅材料具有一定的机械强度、重量轻、比表面积大、通孔率高、易于焊接，锡镀层纯度高，杂质少，镀层细致柔软，孔隙率低；（3）在电池负极活性物质中添加碳黑材料作为添加剂。碳黑材料的加入，能极大的降低电池在频繁使用过程中负极极板的硫酸盐化程度，利于电池的大电流放电，提高负极活性物质的利用率和容量，提高电池的充电接收能力，延长电池的使用寿命。（4）电池的板栅是铅酸蓄电池的重要组成部分，其作用在于支撑正、负极活性物质，传导电流。板栅的结构设计对活性物质的利用率和电池的使用寿命有至关重要的影响。要提高铅酸蓄电池的比能量，有效的方法是增大活性物质与板栅的接触面积，加强板栅的导流能力，改善电流在极板内的分布，从而提高电极活性物质的利用率；同时减轻电池的重量。采用三维结构的泡沫铅材料代替传统重力浇注的铅板栅。这种具有三维结构的泡沫铅材料具有一定的机械强度、重量轻、比表面积大、通孔率高、易于焊接。铅层具有纯度高。杂质少，镀层细致柔软，孔隙率低等特点。由于负极活性物质中添加了碳粉材料，降低了活性物质的粘接度，这种三维结构的泡沫铅材料，能有效的将活性物质包裹在泡沫铅中，不会造成掉膏，脱膏等问题的发生。

正极板栅采用泡沫铅材料，提高了电极反应的进行速度与程度。以泡沫铅替代正板栅材料所制作的电池，其活性物质结晶较小、提高活性物质的利用率。电池循环寿命比常规板栅材料所制作的电池循环寿命高。充电接收能力强，适宜于大电流充放电。

正、负极板栅均用泡沫铅材料，大大降低了电池的自身重量，在保证电池容量的前提下，提高了电池的比能量。

附图说明

图1 为实施例1中纯电动车用铅-碳蓄电池制作工艺流程图。

图2 为实施例1中纯电动车用铅-碳电池正极极板。

图3 为实施例1中纯电动车用铅-碳电池负极极板。

具体实施方式

实施例1：一种用于微混合动力汽车用铅-碳电池的制作步骤为：

（1）除油：将200×200×2.5毫米的聚氨酯海绵和200×200×4毫米的聚氨酯海绵一起浸泡在含氢氧化钠3g/L,碳酸钠10g/L，磷酸三钠5g/L，OP-10乳化剂 0.5g/L,的混合溶液中，温度为室温，浸泡时间2分钟；

（2）粗化：将除油后的聚氨酯海绵浸泡在氢氧化钠100g／L和高锰酸钾 10g／L的混合溶液中侵蚀5分钟；

（3）中和：将粗化后的聚氨酯海绵在含草酸50g/L，过氧化氢（30%）100ml/L的溶液中浸泡8分钟；

（4）预浸：将中和后的聚氨酯海绵，浸泡于预浸液中浸泡30分钟，所述的预浸液为氯化亚锡 10g／L和盐酸40ml／L；

（5）活化：将预浸后的聚氨酯海绵浸泡于活化液中，进行活化处理5分钟，活化液为硝酸银2g/L、氨水（25%）5ml/L的混合液；

（6）化学镀银：将活化后的聚氨酯海绵，浸泡于化学镀银溶液中，室温，2分钟，所述的化学镀银溶液为：硝酸银5g/L，氨水（25%）20ml/L，三乙醇胺5g/L，乙二醛（40%）20g/L，碘酸钾0.01g/L；

（7）电镀铅：用纯铅板作为阳极，经化学镀银后的聚氨酯海绵作为阴极，电解液配方为：氧化铅300g/L，硼酸220g/L氢氟酸（50%）280 ml/L，明胶5g/L，室温，电流密度为5A/dm²，作为负板使用的化学镀银海绵电镀时间为60分钟，作为正板使用的化学镀银海绵电镀时间为180分钟；

上述各个步骤之间采用二级逆流漂洗工艺清洗；

（8）切割成型：将电镀后得到的泡沫铅材料，按电池设计尺寸分别切割成150×180×2.5毫米的方块作为负板材料；150×180×4毫米的方块作为正板材料；

（9）涂覆活性物质：负极活性物质配方为：铅粉1000份，蒸馏水138份，硫酸（d=1.4）21份，短纤维1.1份，碳黑10份；正极活性物质配方：铅粉1000份，蒸馏水120～130份，硫酸（d=1.4）75～90份；

（10）涂膏后的正、负极板经72小时固化、干燥，温度为45℃，得到微混合动力电动车用蓄电池负极板；

(11)最后将干燥后的正、负极极板配组、装配成纯电动车用蓄电池。

本实例所得到的纯电动车用蓄电池，其正、负极板照片如图2和图3所示。从图2正极极板外观可以看出，此实例所制作的正极板，外观均匀一致性好。从图3负极极板外观图可以看到，极板均匀平整，活性材料表面无裂纹，脱膏等现象。

按实例1的制作方法所得到的电池，其正板为泡沫铅作为骨架制成的极板，有效的方法是增大活性物质与板栅的接触面积，加强板栅的导流能力，改善电流在极板内的分布，从而提高正极活性物质的利用率；负极极板是用泡沫铅代替普通的板栅材料所制成的极板，在负极板的活性物质中，添加了1%的碳黑作为添加剂，用来改善电池的循环寿命及延缓负极板的硫酸盐化趋势。经测试，电池的大电流放电性能显著提高12%，负极活性物质利用率增加了22%。

正、负极板均采用泡沫铅材料后，明显降低了电池的重量，在保证电池容量的基础上，明显增加了电池的比能力、比功率，由于碳黑的加入，延长电池的使用寿命20%

实施例2：一种用于微混合动力汽车用铅-碳电池的制作步骤为：

（1）除油：将200×200×2毫米的聚氨酯海绵和200×200×3毫米的聚氨酯海绵浸一起浸泡在含氢氧化钠5g/L,碳酸钠30g/L，磷酸三钠10g/L，OP-10乳化剂 3g/L,的混合溶液中，温度为室温，浸泡时间10分钟；

（2）粗化：将除油后的聚氨酯海绵浸泡在氢氧化钠200g／L和高锰酸钾 5g／L的混合溶液中侵蚀15分钟；

（3）中和：将粗化后的聚氨酯海绵在含草酸100g/L，过氧化氢（30%）60ml/L的溶液中浸泡2分钟；

（4）预浸：将中和后的聚氨酯海绵，浸泡于预浸液中浸泡15分钟，所述的预浸液为氯化亚锡10g／L和盐酸40ml／L；

（5）活化：将预浸后的聚氨酯海绵浸泡于活化液中，进行活化处理30分钟，活化液为硝酸银8g/L、氨水（25%）24ml/L的混合液；

（6）化学镀银：将活化后的聚氨酯海绵，浸泡于化学镀银溶液中1分钟，所述的化学镀银溶液为：硝酸银8g/L，氨水（25%）45 ml/L，三乙醇胺10g/L，乙二醛（40%）28g/L，碘酸钾0.03g/L；

（7）电镀铅：用纯铅板作为阳极，经化学镀银后的聚氨酯海绵作为阴极，电解液配方为：氧化铅320g/L，硼酸240g/L氢氟酸（50%）240 ml/L，明胶12g/L，室温，电流密度为2A/dm²，作为负板使用的化学镀银海绵电镀时间为120分钟，作为正板使用的化学镀银海绵电镀时间为300分钟；

（8）切割成型：将电镀后得到的泡沫铅材料，按电池设计尺寸分别切割成150×180×2毫米的方块作为负板材料；150×180×3毫米的方块作为正板材料；

（9）涂覆活性物质：负极活性物质配方为：铅粉1000份，蒸馏水145份，硫酸（d=1.4）28份，短纤维1.5份，碳黑30份；正极活性物质配方：铅粉1000份，蒸馏水130份，硫酸（d=1.4）85份；

(11)最后将干燥后的正、负极极板配组、装配成纯电动车用蓄电池；

经测试，电池的大电流放电性能显著提高了13%，负极活性物质利用率增加了21%。

正、负极板均采用泡沫铅材料后，明显降低了电池的重量，在保证电池容量的基础上，明显增加了电池的比能力、比功率，由于碳黑的加入，延长电池的使用寿命21%。

实施例3：一种用于微混合动力汽车用铅-碳电池的制作步骤为：

（1）除油：将200×200×2毫米的聚氨酯海绵和200×200×3毫米的聚氨酯海绵一起浸泡在含氢氧化钠4g/L,碳酸钠20g/L，磷酸三钠7.5g/L，OP-10乳化剂 2.5g/L,的混合溶液中，温度为室温，浸泡时间5分钟；

（2）粗化：将除油后的聚氨酯海绵浸泡在氢氧化钠150g／L和高锰酸钾 7.5g／L的混合溶液中侵蚀10分钟；

（3）中和：将粗化后的聚氨酯海绵在含草酸75g/L，过氧化氢（30%）75ml/L的溶液中浸泡5分钟；

（4）预浸：将中和后的聚氨酯海绵，浸泡于预浸液中浸泡25分钟，所述的预浸液为氯化亚锡 50g／L和盐酸100ml／L；

（5）活化：将预浸后的聚氨酯海绵浸泡于活化液中，进行活化处理15分钟，活化液为硝酸银5g/L、氨水（25%）15ml/L的混合液；

（6）化学镀银：将活化后的聚氨酯海绵，浸泡于化学镀银溶液中，室温，2分钟，所述的化学镀银溶液为：硝酸银7.5g/L，氨水（25%）30ml/L，三乙醇胺10g/L，乙二醛（40%）25g/L，碘酸钾0.02g/L；

（7）电镀铅：用纯铅板作为阳极，经化学镀银后的聚氨酯海绵作为阴极，电解液配方为：氧化铅300g/L，硼酸220g/L氢氟酸（50%）260 ml/L，明胶10g/L，室温，电流密度为3A/dm²，作为负板使用的化学镀银海绵电镀时间为120分钟，作为正板使用的化学镀银海绵电镀时间为240分钟；

上述各个步骤之间采用二级逆流漂洗工艺清洗；

（9）涂覆活性物质：负极活性物质配方为：铅粉1000份，蒸馏水140份，硫酸（d=1.4）25份，短纤维1.5份，碳黑20份；正极活性物质配方：铅粉1000份，蒸馏水125份，硫酸（d=1.4）80份；

经测试，电池的大电流放电性能显著提高了14%，负极活性物质利用率增加了24%。

正、负极板均采用泡沫铅材料后，明显降低了电池的重量，在保证电池容量的基础上，明显增加了电池的比能力、比功率，由于碳黑的加入，延长电池的使用寿命18%。

用聚氨酯材料的泡沫海绵，经适当化学法前处理后电镀铅，制成泡沫铅板栅，有耐冲击、韧性好、抗压强度高、质量轻以及制备方法简单、成本低廉等优势，用于铅酸蓄电池具有极大的可行性。

利用化学和电化学方法制作泡沫铅，制造工艺简单，便于工业推广。制造过程中无铅烟的产生，减少了对铅尘、铅烟对环境的污染。而且电池的用铅明显减少，也大大减少了铅在冶炼过程中对环境的危害，具有极高的社会效益。用铅量的减少，使制造电池的成本更低，降低了电池的自身重量，提高电池的比能量。将这种比能量较高的铅-碳电池应用于纯电动汽车领域，完全可以满足纯电动车市场的需求，同时也对提高铅酸电池的竞争力具有明显的意义。

Claims

1.一种纯电动车用铅- 碳电池的制作方法，其特征在于：其依次包括以下步骤：

步骤3）、涂覆后于45℃下经过72小时固化、干燥，得到蓄电池正、负极板，装配成为成品电池；

其中，所述的除油为：将聚氨酯海绵浸泡于碱性溶液中1 ～ 10 分钟，所述碱性溶液为氢氧化钠3 ～ 5g/L, 碳酸钠10 ～ 30g/L，磷酸三钠5 ～ 10g/L，OP-10 乳化剂 0.5 ～ 5g/L, 温度为室温，经过除油处理，可以清除海绵在加工处理及运输过程中，吸附在海绵海绵丝表面的油污及灰尘，达到清洁海绵表面的目的；

所述的粗化为：将除油后的聚氨酯海绵浸泡于强碱性溶液中浸蚀5 ～ 15 分钟，所述的强碱性溶液为氢氧化钠100 ～ 200 g/L 和高锰酸钾5 ～ 10 g/L 的混合溶液；

所述的中和为：将粗化后的聚氨酯海绵于草酸50 ～ 100 g/L 和过氧化氢（30%）50 ～ 100 ml/L 溶液中浸泡1 ～ 10 分钟；

所述预浸溶液为：将中和后的聚氨酯海绵，置于预浸溶液中浸泡15 ～ 30 分钟，所述的预浸液为氯化亚锡10 ～ 100 g/L 和盐酸20 ～ 200ml/L 的混合液；

所述的活化为：将预浸后的聚氨酯海绵浸泡于活化液中进行活化处理1 ～ 30 分钟，所述的活化液为硝酸银2 ～ 10g/L、氨水（25%）5 ～ 25 ml/L 的混合液；

所述的化学镀银为：将活化后的聚氨酯海绵，浸泡于化学镀银溶液中1 ～ 2 分钟，所述的化学镀银溶液为：硝酸银5 ～ 10g/L，氨水（25%）20 ～ 50 ml/L，三乙醇胺5 ～ 15 g/L，乙二醛（40%）20 ～30 g/L，碘酸钾0.01 ～ 0.03g/L；

所述电镀铅的工艺为：将经化学镀银后的海绵作为阴极，将纯铅板作为阳极，电解液配方为：氧化铅280 ～ 320g/L，硼酸200 ～ 240g/L 氢氟酸（50%）240 ～ 280 ml/L，明胶5 ～ 15g/L，室温，电流密度为1 ～ 5A/dm2，电镀时间60 ～ 300 分钟。

2.按权利要求1 所述的纯电动车用铅- 碳电池的制作方法，其特征在于：所述负极活性物质配方按重量计为：铅粉1000 份，蒸馏水130 ～ 150 份，硫酸（d=1.4）20 ～ 30 份，短纤维1 ～ 2 份，碳黑10 ～ 30 份；正极活性物质配方为：铅粉1000 份，蒸馏水120 ～ 130 份，硫酸（d=1.4）75 ～ 90 份。