CN103413937B - 一种高纯度四碱式硫酸铅合成方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高纯度四碱式硫酸铅合成方法及其应用，以氧化铅或铅粉、稀硫酸溶液、硫酸铅为原料，经过反应、烘干、研磨、烧结等工艺制备。本发明采用氧化铅或铅粉加入稀硫酸反应形成半悬浮液进行液相混合，可以提高混合均匀程度，有利于形成均一的反应物相，提高纯度，缩短反应时间，而且提供一定的温度环境；加入少量的硫酸铅，生产出的四碱式硫酸铅含量高，晶粒细小。本发明根据蓄电池厂家自身便利条件制备，操作简单易行，应用于电池生产中加入量可控，完全可满足性能要求，抑制铅蓄电池的早期容量损失，提高循环寿命，合成物中的部分残余铅离子或硫酸根离子不会对电池性能产生不良影响。同时因加入铅膏中四碱式硫酸铅所占铅粉比例很少，完全可以不用改变和膏工艺，不影响生产效率。

Description

一种高纯度四碱式硫酸铅合成方法及其应用
技术领域
    本发明涉及四碱式硫酸铅生产技术领域，具体涉及以氧化铅或铅粉、硫酸铅、硫酸溶液为原料合成高纯度四碱式硫酸铅方法及其在电池中的应用。
背景技术
铅蓄电池因其动力强劲，原材料丰富，价格低廉等优势在多个领域都有广泛的应用。但是在使用和存储过程中存在早期容量损失，引起电性能迅速下降，所以更好的解决电池早期容量损失可大大提高电池的各项电性能和循环寿命。
四碱式硫酸铅（4BS）是电极活性物质二氧化铅（PbO2）的前驱体，若极板经固化后含有大量四碱式硫酸铅，在化成时就可以形成机械性能良好的稳定骨架结构，防止充放电过程中由于体积变化较大引起的活性物质脱落现象，抑制铅蓄电池的早期容量损失，提高循环寿命。
目前使用较多的方法是提高和膏温度或进行高温固化，但是较难控制铅膏中四碱式硫酸铅的生成含量多少和粒径大小，一旦铅膏中四碱式硫酸铅含量过高，容易导致化成困难，极大降低电池初始容量。
发明内容
    本发明要解决的技术问题是提供一种高纯度四碱式硫酸铅合成方法，蓄电池厂家根据自身便利条件制备，操作简单易行，且制得的四碱式硫酸铅纯度高、晶粒细小，应用于电池生产中完全可满足性能要求，合成物中的部分残余铅离子或硫酸根离子不会对电池性能产生不良影响。
本发明通过以下技术方案实现：
一种合成高纯度四碱式硫酸铅方法，包括以下步骤：
取一定量的硫酸铅、密度为1.30～1.40g/cm3的硫酸溶液，根据两种物质中所含硫酸根离子的总摩尔量，配取氧化铅或铅粉，使总的铅离子：硫酸根离子摩尔比为5～6：1；
将氧化铅或铅粉溶于硫酸溶液中，控温70～80℃恒温搅拌进行反应，反应完成后再加入硫酸铅，补添去离子水稀释，继续搅拌均匀，测定混合物的表观密度为3.5-4.5g/cm3；
将混合物进行烘干、研磨粉碎，过200～300目筛网后进行烧结，先在80～120℃保温预烧1h，再升温至500～700℃烧结5～8h，冷却干燥后，得四碱式硫酸铅。
本发明进一步改进方案是，所述硫酸铅与硫酸溶液的摩尔比为1：1～4。少量硫酸铅参与制备，生产出的4BS含量较高，晶粒细小。
    本发明更进一步改进方案是，所述中和反应过程是在将氧化铅或铅粉溶于硫酸溶液中，放置于转速为600-1000转/分钟的磁力搅拌器中，恒温搅拌20～30min，反应完成添加硫酸铅、去离子水后继续搅拌2～3h。磁力搅拌器搅拌反应过程周期加快，而且混合均匀。
本发明采用氧化铅或铅粉加入稀硫酸反应形成半悬浮液进行液相混合，可以提高混合均匀程度，有利于形成均一的反应物相，提高纯度，缩短反应时间，而且提供一定的温度环境；加入少量的硫酸铅，生产出的四碱式硫酸铅含量高，晶粒细小。本发明根据蓄电池厂家自身便利条件制备，操作简单易行，应用于电池生产中加入量可控，完全可满足性能要求，抑制铅蓄电池的早期容量损失，提高循环寿命，合成物中的部分残余铅离子或硫酸根离子不会对电池性能产生不良影响。同时因加入铅膏中四碱式硫酸铅所占铅粉比例很少，完全可以不用改变和膏工艺，不影响生产效率。
具体实施方式
实施例1
按总铅离子：硫酸根离子摩尔比为5：1
取    氧化铅0.09摩尔
      稀硫酸0.01摩尔
      硫酸铅0.01摩尔
      去离子水5ml
将氧化铅溶于硫酸溶液中，在转速为600-1000转/分钟的磁力搅拌器上进行75℃恒温搅拌进行中和反应，因氧化铅和稀硫酸反应会放出热量，所以需通入冷却水保证恒温，搅拌30min后加入硫酸铅，补添去离子水稀释，使得混合物在混合容器内呈现半悬浮状态，测定混合物的表观密度为3.5-4.5g/cm3，继续搅拌3h；
将混合物进行烘干、研磨粉碎，过200～300目筛网后进行烧结，先在80℃保温预烧1h，再升温至600℃烧结6h，冷却后迅速干燥，得纯度95%的浅黄色粉末状四碱式硫酸铅。
实施例2
按总铅离子：硫酸根离子摩尔比为6：1
取    氧化铅0.29摩尔
      稀硫酸0.04摩尔
      硫酸铅0.01摩尔
      去离子水20ml
将氧化铅溶于硫酸溶液中，在转速为600-1000转/分钟的磁力搅拌器上进行70℃恒温搅拌进行中和反应，因氧化铅和稀硫酸反应会放出热量，所以需通入冷却水保证恒温，搅拌25min后加入硫酸铅，补添去离子水稀释，使得混合物在混合容器内呈现半悬浮状态，测定混合物的表观密度为3.5-4.5g/cm3，继续搅拌2.5h；
将混合物进行烘干、研磨粉碎，过200～300目筛网后进行烧结，先在100℃保温预烧1h，再升温至500℃烧结8h，冷却后迅速干燥，得纯度92%的浅黄色粉末状四碱式硫酸铅。
实施例3
按总铅离子：硫酸根离子摩尔比为5.5：1
取    氧化铅0.155摩尔
      稀硫酸0.02摩尔
      硫酸铅0.01摩尔
      去离子水10ml
将氧化铅溶于硫酸溶液中，在转速为600-1000转/分钟的磁力搅拌器上进行80℃恒温搅拌进行中和反应，因氧化铅和稀硫酸反应会放出热量，所以需通入冷却水保证恒温，搅拌20min后加入硫酸铅，补添去离子水稀释，使得混合物在混合容器内呈现半悬浮状态，测定混合物的表观密度为3.5-4.5g/cm3，继续搅拌2h；
将混合物进行烘干、研磨粉碎，过200～300目筛网后进行烧结，先在120℃保温预烧1h，再升温至700℃烧结5h，冷却后迅速干燥，得纯度大于93%的浅黄色粉末状四碱式硫酸铅。

Claims (4)

1.一种四碱式硫酸铅合成方法，其特征在于包括以下步骤：
取一定量的硫酸铅、密度为1.30～1.40g/cm3的硫酸溶液，根据两种物质中所含硫酸根离子的总摩尔量，配取氧化铅或铅粉，使总的铅离子：硫酸根离子摩尔比为5～6：1；
将氧化铅或铅粉溶于硫酸溶液中，控温70～80℃恒温搅拌进行反应，反应完成后再加入硫酸铅，补添去离子水稀释，继续搅拌均匀，测定混合物的表观密度为3.5-4.5g/cm3；
将混合物进行烘干、研磨粉碎，过200～300目筛网后进行烧结，先在80～120℃保温预烧1h，再升温至500～700℃烧结5～8h，冷却干燥后，得四碱式硫酸铅。
2.根据权利要求1所述的四碱式硫酸铅合成方法，其特征在于：所述硫酸铅与硫酸溶液的摩尔比为1：1～4。
3.根据权利要求1或2所述的四碱式硫酸铅合成方法，其特征在于：所述反应过程是在将氧化铅或铅粉溶于硫酸溶液中，放置于转速为600-1000转/分钟的磁力搅拌器中，恒温搅拌20～30min，反应完成添加硫酸铅、去离子水后继续搅拌2～3h。
4.用权利要求1所述的四碱式硫酸铅合成方法制得的四碱式硫酸铅在电池中的应用。
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