CN103000883A - 一种铅酸动力电池用正极活性物质配方及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅酸动力电池用正极活性物质配方，其特征在于：正极活性物质配方中添加有过氧化钠、四氧化三铅和CMC。本发明还公开了正极活性物质的制备方法，先将铅粉、四氧化三铅和过氧化钠粉末混合搅拌3-5分钟，接着加入CMC搅拌5-8分钟，然后加入去离子水，搅拌8-10分钟，最后加入比重1.05g/cm3的硫酸搅拌10-15分钟即可涂制正极板，涂好的极板在60℃的烘房中干燥4～6h即可进入装配和电池化成工序。

Description

一种铅酸动力电池用正极活性物质配方及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种使用新型活性物质配方制作铅酸动力电池的正极，属于密封铅酸蓄电池技术领域。
背景技术
在传统的铅酸电池生产过程中，所用的铅粉并非粉末状的纯铅颗粒，而是表面覆盖着一层氧化铅的金属铅的双相体颗粒状粉末物，氧化度一般在70～80％之间，铅粉中剩余的20～30％左右的游离铅将在后续的和膏和固化过程中进一步氧化，直至游离铅含量降到5％以下，最好是不超过1％，这部分游离铅只有被氧化成氧化铅后才能转变成活性物质，否则过量的铅会导致正极板在化成过程中，由于Pb（密度为11.34 g/cm3）    PbSO4密度为（6.32 g/cm3）    PbO2（密度为9.37 g/cm3）的转化过程中体积变化很大，极板内部由于体积膨胀产生的应力会导致极板弯曲、活性物质脱落，同时由于活性物质体积的增加，会使活性物质的孔隙率降低，导致正极板化成时产生的氧气不容易传送到极板表面逸出，而是在极板内部积累产生压力，这种带有压力的氧气从极板内部克服空隙中液体的阻力，向极板表面移动时具有冲刷作用，促进了活性物质的脱落。传统的活性物质配方是铅粉、硫酸、去离子水和添加剂的混合物，和膏过程要严格控制温度（不能高于65℃），和膏所用的硫酸密度较高（1.4g/cm3），加速了对涂板设备的腐蚀，酸雾造成了环境的污染和操作者身体健康状况的危害。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备正极活性物质材料的配方，并采用合适的工艺制作密封铅酸蓄电池。
本发明的技术方案是：正极活性物质的配方为：
铅粉70～80％，四氧化三铅3～8%，过氧化钠3～8％，CMC 1～3％，去离子水1～5％，硫酸（比重1.05 g/cm3）5～8％。
其中CMC的浓度为2％，其作用在于增加活性物质颗粒之间的结合力。
上述正极活性物质配方中过氧化钠和四氧化三铅粉末起着至关重要的作用，它们的作用主要包括：
1在和膏过程中过氧化钠可以将铅粉中的游离铅完全氧化成氧化铅。和膏时发生的化学反应如（1）所示：
2 四氧化三铅可以与硫酸发生了如下的歧化反应如（2）所示：
 
Figure 727880DEST_PATH_IMAGE002
β－PbO2的存在可以作为化成时生成的二氧化铅的晶种，同时四氧化三铅的存在可以提高活性物质的电导，这些都有利于电池化成时间的缩短和电池容量的提高。
正极和膏时，先将铅粉、四氧化三铅和过氧化钠粉末混合搅拌3-5分钟，接着加入CMC搅拌5-8分钟，然后加入去离子水，搅拌8-10分钟，最后加入比重1.05 g/cm3的硫酸搅拌10-15分钟即可涂制正极板；涂好的极板在60℃的烘房中干燥4～6h即可进入装配和电池化成工序，其余的工艺可以完全采用现在的阀控式密封铅酸蓄电池的生产工艺。
采用本发明的活性物质配方和制备方法与传统的铅酸电池相比具有如下的特点与优点：
(1)可以获得较低视比重的铅膏，普通铅膏的视比重一般在3.8 g/cm3～4.2 g/cm3，而新型铅膏的视比重可以低至3.0 g/cm3～3.2 g/cm3，较低的铅膏视比重可以提高极板的孔隙率，因此可以有更多的硫酸扩散到极板的深处，这大大提高了反应的深度和活性物质的利用率。
(2) 在传统的铅酸电池生产过程中，由于铅粉氧化度的差异会造成极板质量的不均匀，从而影响成组电池电压的一致性；而采用新型铅膏配方做电极活性物质时基本上不存在游离铅，从而保证了极板的均一性。
(3)可以简化生产过程，缩减生产时间。在传统的铅酸电池生产过程中固化是一道非常重要和必需的步骤，如果采用新型活性物质配方和制备方法，则可以省略固化过程中正极板中游离铅的氧化与碱式硫酸铅的再结晶等步骤，大大缩短了固化过程的时间，使生产电池的周期缩短，从而节约了传统的漫长固化过程所消耗的电能、人力和设备折旧等，降低了生产成本。同时由于四氧化三铅与硫酸反应生成的β－PbO2的存在可以作为化成时生成的二氧化铅的晶种，大大缩短了电池化成的时间，提高了生产效率。
(4)采用新型活性物质配方时正极采用低浓度的硫酸，从而避免产生了大量的热量，减轻了对设备的腐蚀，节省了和膏时间。
具体实施方式
实施例1
一种正极活性物质配方制备正极板，其配方为铅粉80％，四氧化三铅5%，Na2O2 5％，CMC 2％，去离子水3％，硫酸（比重1.05 g/cm3）5％；和膏时，先将铅粉、四氧化三铅和过氧化钠粉末混合搅拌3分钟，接着加入CMC搅拌5分钟，然后加入去离子水，搅拌8分钟，最后加入比重1.05 g/cm3的硫酸搅拌10分钟即可涂制正极板；涂好的极板在60℃的烘房中干燥4～6h即可进入装配和电池化成工序，其余的工艺可以完全采用现在的阀控式密封铅酸蓄电池的生产工艺。
制好的极板组装成12V12Ah的电动自行车用阀控式密封铅酸蓄电池进行性能测试，6A的放电时间在135分钟，100％DOD循环寿命达到了500次，其余各项性能指标均满足GB/T22199－2008《电动助力车用密封铅酸蓄电池》中的规定。结果证明，采用本发明的正极活性物质配方制备的阀控式密封铅酸动力电池完全满足电动自行车的要求，同时降低了生产成本，缩短了生产时间，与采用普通配方的相比，可节省40h～50h的时间。
实施例2
一种正极活性物质配方制备正极板，其配方为铅粉70％，四氧化三铅8%，Na2O2 8％，CMC 3％，去离子水5％，硫酸（比重1.05 g/cm3）6％；和膏时，先将铅粉、四氧化三铅和过氧化钠粉末混合搅拌5分钟，接着加入CMC搅拌8分钟，然后加入去离子水，搅拌10分钟，最后加入比重1.05 g/cm3的硫酸搅拌15分钟即可涂制正极板；涂好的极板在60℃的烘房中干燥4～6h即可进入装配和电池化成工序，其余的工艺可以完全采用现在的阀控式密封铅酸蓄电池的生产工艺。
实施例3
一种正极活性物质配方制备正极板，其配方为铅粉75％，四氧化三铅5%，Na2O2 5％，CMC 2％，去离子水5％，硫酸（比重1.05 g/cm3）8％；和膏时，先将铅粉、四氧化三铅和过氧化钠粉末混合搅拌4分钟，接着加入CMC搅拌6分钟，然后加入去离子水，搅拌9分钟，最后加入比重1.05 g/cm3的硫酸搅拌12分钟即可涂制正极板；涂好的极板在60℃的烘房中干燥4～6h即可进入装配和电池化成工序，其余的工艺可以完全采用现在的阀控式密封铅酸蓄电池的生产工艺。

Claims (4)

1.一种铅酸动力电池用正极活性物质配方，其特征在于：正极活性物质配方中添加有过氧化钠、四氧化三铅和CMC。
2.按权利要求书1所述的铅酸动力电池用正极活性物质配方，其特征在于：正极活性物质配方中各成分的重量百分比为：铅粉70～80％，四氧化三铅3～8%，过氧化钠3～8％，CMC 1～3％，去离子水1～5％，比重为1.05 g/cm3的硫酸5～8％。
3.按权利要求书1或2所述的铅酸动力电池用正极活性物质配方，其特征在于：CMC的浓度为2％。
4.按权利要求书1或2所述的铅酸动力电池用正极活性物质的制备方法，其特征在于：先将铅粉、四氧化三铅和过氧化钠粉末混合搅拌3-5分钟，接着加入CMC搅拌5-8分钟，然后加入去离子水，搅拌8-10分钟，最后加入比重1.05 g/cm3的硫酸搅拌10-15分钟即可涂制正极板，涂好的极板在60℃的烘房中干燥4～6h即可进入装配和电池化成工序。
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