CN103594748B

CN103594748B - 一种电池内化成方法

Info

Publication number: CN103594748B
Application number: CN201310506732.3A
Authority: CN
Inventors: 王其昌
Original assignee: HUNAN ANSHENG BATTERY Co Ltd
Current assignee: HUNAN ANSHENG BATTERY Co Ltd
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2033-10-24
Also published as: CN103594748A

Abstract

本发明公开了一种电池内化成方法，该方法采用复合胶体，并调整生极板制造、充电参数等，短了充电时间及生产周期，节省了大量工时和能源，电池成本能得到一定的降低，生产的电池使用寿命延长。本发明具有生产指导意义，可免造伤害电池带来质量事故。能为电池行业创造实际收益，减少报废，节省能源，降低污染。过充会造成大量冒气，本发明具有实际意义与使用价值。

Description

一种电池内化成方法

技术领域

本发明涉及一种电池内化成方法。

背景技术

内化成是先进的工艺技术，是绿色环保工艺。因此近年来在铅酸电池行业备受推崇，因此本工艺为行业的一个亮点。其此意义上说：铅酸电池在生产回收等过程都是有毒的，环境多少会受污染。目前作为不浅漏，无酸雾弥漫的贫液阀控电池，在某种意义山上可称为绿色环保产品，生产这种产品有一个环保型的可靠工艺——内化成。这种工艺技术对于传统外化成过程而言，无大量酸雾弥漫，这一污染源头受到抑制，消除这一工序的污染，采用内化成是合适的可行的。

但是现有内化成技术中没有合适的胶体，并且通常充入总电量值为7—9倍充电电池的容量值，该值对电池内化成极为重要的工艺参数，超过其值，电池过充受损，达不到其值，电池则不成熟，初容量低，一次性差，落后电池会产生等系列后果。而且现有内化成工艺充电时间长，有耗时耗能，电池循环使用寿命不够长，容量不够大等缺点。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种电池内化成方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述电池内化成方法包括如下步骤（步骤中未展开阐述的步骤均为本领域技术人员公知的操作手段）：

（1）准备正、负板栅，在正板栅上涂布正极铅膏形成正极板，在负板栅上涂布负极铅膏形成负极板；然后按常规方法将正极板送入正极固化室固化，将负极板送入负极固化室固化，干燥后即得生极板；所述正极铅膏的铅粉中含有5—10%的红丹，这一指标直接影响内化成充电总量值，添加红丹可以缩短化成时间，提高电池初容；所述负极铅膏的铅粉中含有0.5—1.5%的硫酸钡、0.2—0.6%的腐植酸、0.2—0.5%的石墨和0.2—0.3%的木素；所述百分比含量均为重量百分比含量；

（2）按常规方法将步骤（1）制备的生极板装配成电池；装配时控制电池装配压缩比为10—15%；优选地，AGM隔板（超细玻璃纤维隔板）要高出生极板上横筋2mm，低于汇流排（将数片极板极耳装入焊接架上，通过焊枪火焰把极耳与铅溶化在一起，冷却后成直线整体叫汇流排）2mm以下，防止枝晶短路；AGM隔板厚度比原用隔板薄0.05mm±0.01(单层)，预留负极在充电过程中膨胀；

（3）用灌胶机给经步骤（2）装配好的电池灌注权利要求1所述的复合胶体，控制复合胶体的初始密度为1.245—1.270g/cm³，为提高充电效率，控制复合胶体温度为20—28℃，灌胶过程中添加由Na₂S0₄、KS0₄、LiS0₄三者按任意重量比组成的混合物，混合物的添加量≤15g/L；

（4）将经步骤（3）灌胶后的电池静置3.5—4.5h后进行充电，静置时间不宜太短，亦不可太长，太短湿不透，太长有熔解发生，充电会发生枝晶短路，充电采用三充二放循环多步充放电方式，充电工艺及参数如下：

充电过程中控制温度≤50℃；充电总时间控制为60—70h；总充入电量值为电池容量值的6.5—7.0倍；

（5）电池经步骤（4）充电后，将多余的复合胶体抽出，清洗电池，干燥电池后进行包装。

其中，步骤（3）所述复合胶体由有机成分和无机成分组成，具体包含无机锂硅胶、聚丙稀酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯；复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯的重量比为1:2.2—3.2：0.1—0.5：0.01—0.06：0.01—0.08：0.1—0.6：0.1—0.6：0.01—0.05；

所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH8—12g、NaOH10—15g及LiOH45—50g，然后加入20—80gSiO₂，再与密度为1.5—1.7g/cm³的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为35%—45%；

所述复合胶体中胶体粒子粒径为1—100μm。

另外，复合胶体中有效硅含量为0.29—0.3%/wt。

上述内化成方法的充电彻底度为82-88%。电池正极β-PbO₂＞83%，Pb＞90%以上

优选地，步骤（1）所述正极铅膏的铅粉中含有8%的红丹，所述百分比含量均为重量百分比含量。

优选地，步骤（3）所述复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯的重量比为1:2.3—2.9：0.1—0.3：0.01—0.04：0.01—0.06：0.1—0.4：0.1—0.4：0.01—0.03；

所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH8—10g、NaOH12—14g及LiOH47—50g，然后加入20—60gSiO₂，再与密度为1.5—1.6g/cm³的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为40%—45%。

优选地，步骤（3）所述有机物胶体中所述聚丙烯酰胺为M≥300万聚丙烯酰胺。

优选地，步骤（3）中控制复合胶体的初始密度为1.265—1.270g/cm³，控制复合胶体温度为25℃。

优选地，所述步骤（4）是将经步骤（3）灌胶后的电池静置4h后进行充电，充电采用三充二放循环多步充放电方式，充电工艺及参数如下：

下面结合原理及优点对本发明作进一步说明：

本发明方法中采用的锂硅胶是在1000ml水中加入KOH8—12g、NaOH10—15g及LiOH45—50g，然后加入20—80gSiO₂，再与密度为1.5—1.7g/cm³的硫酸混合制备而成；复合胶体则是将上述锂硅胶与聚丙烯酰胺混合，其中有效硅含量达到0.29-0.3%/wt.胶体粒子控制在1—100um范围。

复合胶体中部分聚丙烯酰胺起到胶体稳定剂的作用，聚乙烯醇则起到稠度控制剂的作用，果酸和EDTA作为渗透剂，硼酸、磷酸及醌苯混合作为改性剂；另外，果酸和醌苯还起到控释作用，增强胶体在极板表面附着力，防止胶体裂化、水化、老化，综合了无机胶与有机胶的优点，大大提高了电池深循环使用寿命，有耐过充过放电自我保护能力，自放电小，保液性强等优点，本胶体配方中含有多功能基团：如OH^-，O^2-等，特别含有多苯核(稠环)醌苯的主功能基团，能加大离子迁移速率，减少内阻,提高放电效率，具有电池复活特性，减少“落后电池”；胶体自身具有自我保护能力，加入渗透剂果酸，通过控释H⁺，使之有序、有效的排序，加强了H⁺的渗透力和传递力耐过充过放电，真正改进了铅酸电池技术性能的关键。

该胶体在极板表面附着力强，使胶体骨架结构稳定，提高了电池的充电接受能力。

在内化成工艺方面，本发明还充分考虑了如下因素：

A．与正极板物质中红丹成份多少的关系

正极板物质中加入5%-8%红丹，对极板化成成熟快，提高电池初极容量。

B．与内化成用工艺的关系

由于电池化成酸量较低，酸比重较高，极化较大，电池反应效率降低，特别是极板深处的活性物质更不易转换。因此，应在化成过程中，增加一次或多次的放电过程，这样可降低极化，提高化成效率。并且增加充放电循环，可提高正极β-PbO2含量，能提高电池的初始容量。

C．与正充反充脉冲的充电方式的选择

在电池化成前，采取适当的反充对电池寿命有一定好处，对活性物质的转换有促进作用，可提高电池初始容量，但反充时间必须控制好，不宜太长。

D．与电液形态（液体胶体半胶体）的关系

采用胶体电解液（胶体）灌注电池，增强板栅的耐腐蚀性，减小板栅的集流电阻，提高活性物质利用率，降低电池的自放电，有效抑制电解液分层，保证极板上下层活性物质的稳定，提高电池的深循环放电能力，增强氧复合效率，减少电池内部水分的损耗，有效提高了电池的稳定性，延长电池的循环使用寿命。

E．与灌胶后停放时间长短的关系

灌胶停放时间控制在4h之内，太短湿不透，太长有熔解发生，充电会发生枝晶短路,在后面的充电过程中温升将无法控制。

F．与电池装配松紧的关系

因生极板在电池内化成过程中负极发生膨帐，故电池装配压力不宜太紧。

内化成的充电量是影响电池内化成的主要因素之一，化成电量过低，活性物质未能充分转化，二氧化铅含量低，导致电池初期性能不好，单只落后电池多，而化成充电量高，除能量损耗增加外，化成过程的温度不易控制，气体对极板冲击也较大，造成极板蔬松，活性物质脱落，影响电池寿命，因此应选择合适的化成充电量最为关键，通过多次试验，本发明确定内化成充入电量应控制在6.5—7.0倍之间最佳。

本发明比较了用不同密度的胶体化成的电池性能，用密度为1.265—1.270g/cm³的胶体进行电池内化成最适合，电池能放出较高的初容量，并且有较好的充电接受能力，提高了电池使用寿命。

本发明采用的复合胶体，骨架稳定，增强胶体在极板表面附着力，能使胶体骨架结构稳定，提高了电池的充电接收能力。有机无机混用胶体灌注电池,提高活性物质利用率，降低电池的自放电，有效抑制电解液分层，保证极板上下层活性物质的稳定，提高电池的深循环放电能力，增强氧复合效率，减少电池内部水分的损耗，有效提高了电池的性能，延长电池的循环使用寿命。

本发明将内化成电池装配压缩比由原来的内化成电池装配的压缩比18-22%调整为10%-15%。

而且电池内化成工艺中，极板不易被杂质所污染，有效防止电池微短路，降低了电池自放电，电池质量也可得到更好的控制。

总之，本发明具有生产指导意义，可免造伤害电池带来质量事故。能为电池行业创造实际收益，减少报废，节省能源，降低污染。过充会造成大量冒气，本发明具有实际意义与使用价值。

具体实施方式

实施例1制备机无机胶体

所述复合胶体包含无机锂硅胶、聚丙稀酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯；复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯的重量比为1:2.2：0.1：0.01：0.08：0.6：0.1：0.05；所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH8g、NaOH15g及LiOH50g，然后加入80gSiO₂，再与密度为1.5g/cm³的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为45%；所述复合胶体中胶体粒子粒径为1—100μm。

实施例2制备机无机胶体

所述复合胶体包含无机锂硅胶、聚丙稀酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯；复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯的重量比为1:3.2：0.5：0.06：0.01：0.1：0.6：0.01；所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH12g、NaOH10g及LiOH45g，然后加入20gSiO₂，再与密度为1.7g/cm³的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为35%；所述复合胶体中胶体粒子粒径为1—100μm。

实施例3制备机无机胶体

所述复合胶体包含无机锂硅胶、聚丙稀酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯；复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯的重量比为1：2.4：0.3：0.04：0.05：0.5：0.5：0.03；所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH9g、NaOH13g及LiOH47g，然后加入50gSiO₂，再与密度为1.6g/cm³的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为43%；所述复合胶体中胶体粒子粒径为1—100μm。

实施例412V10Ah产品内化成充电工艺

一种电池内化成方法，包括如下步骤：

（2）按常规方法将步骤（1）制备的生极板装配成电池；装配时控制电池装配压缩比为10—15%；

（3）用灌胶机给经步骤（2）装配好的电池灌注实施例1至3任一项所述的复合胶体，控制复合胶体的初始密度为1.265—1.270g/cm³，控制复合胶体温度为25℃，灌胶过程中添加由Na₂S0₄、KS0₄、LiS04三者按任意重量比组成的混合物，混合物的添加量≤15g/L；

（4）将经步骤（3）灌胶后的电池静置4h后进行充电，充电采用三充二放循环多步充放电方式，充电工艺及参数如下：

充电过程中控制温度≤50℃；充电总时间控制为70h；总充入电量值为电池容量值的6.5—7.0倍；

实施例5改进后内化成电池与原内化成电池性能对比

电池性能测试对比情况：（试验样品规格型号：6-DZM-10电助动力车用密封铅酸蓄电池）

内化成电池极板化成效果（解剖分析）：

β-PbO₂含量>83％；极板表面有少许几点PbSO₄白色斑点，充电化成转化率达98％。经济效果分析：

能源消耗降低：在原生产工艺基础上能源消耗降低了30％；

加工成本：加工成本在原生产工艺基础上降低了5％；

生产效率：缩短了生产周期，降低了工序间周转所造成的质量损失，保证和提高了产品的加工质量。

改进后内化成工艺与原内化成工艺对比

改进后内化成和原内化成工艺相比，有着许多优点，缩短了充电时间及生产周期，节省了大量工时和能源，电池成本能得到一定的降低。加入本发明中的有机无机混用胶体灌注电池，增强了胶体在极板表面的附着力，减少内阻，提高放电效率，具有电池复活特性，成少落后电池，采用胶体电解液使极板不易为杂质所污染，能降低电池自放电，电池质量也可得到更好的控制，电池循环寿命长，容量高，充电接受能力强等。

Claims

1.一种电池内化成方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)准备正、负板栅，在正板栅上涂布正极铅膏形成正极板，在负板栅上涂布负极铅膏形成负极板；然后将正极板固化，将负极板固化，干燥后即得生极板；所述正极铅膏的铅粉中含有5—10％的红丹；所述负极铅膏的铅粉中含有0.5—1.5％的硫酸钡、0.2—0.6％的腐植酸、0.2—0.5％的石墨和0.2—0.3％的木素；所述百分比含量均为重量百分比含量；

(2)将步骤(1)制备的生极板装配成电池；装配时控制电池装配压缩比为10—15％；

(3)给经步骤(2)装配好的电池灌注复合胶体，控制复合胶体的初始密度为1.245—1.270g/cm³，控制复合胶体温度为20—28℃，灌胶过程中添加由Na₂S0₄、K₂S0₄、Li₂S0₄三者按任意重量比组成的混合物，混合物的添加量≤15g/L；

(4)将经步骤(3)灌胶后的电池静置3.5—4.5h后进行充电，充电采用三充二放循环多步充放电方式，充电工艺及参数如下：

第一次：

充电：第一阶段充电电流 0.9—1.1A 充电时间 1.8—2.2h

第二阶段充电电流 1.6—1.8A 充电时间 28—30h

第三阶段充电电流 1.2—1.4A 充电时间 11—15h

放电：4.8—5.2A 恒流放电放电终止电压为 10.6—11V

第二次：

充电：第一阶段充电电流 1.6—1.8A 充电时间 7—9h

第二阶段充电电流 1.2—1.4A 充电时间 3.5—4.5h

放电:4.8—5.2A 恒流放电放电终止电压 10.3—10.7v

第三次：

充电：第一阶段充电电流 1.6—1.8A 充电时间 6—8h

第二阶段充电电流 1.2—1.4A 充电时间 3.5—4.5h

第三阶段充电电流 0.16—0.2A 充电时间 3.5—4.5h；

充电过程中控制温度≤50℃；充电总时间控制为60—70h；总充入电量值为电池额定容量值的6.5—7.0倍；

其中，步骤(3)所述复合胶体由有机成分和无机成分组成，具体包含无机锂硅胶、聚丙稀酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯；复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯的重量比为1:2.2—3.2：0.1—0.5：0.01—0.06：0.01—0.08：0.1—0.6：0.1—0.6：0.01—0.05；

所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH8—12g、NaOH10—15g及LiOH45—50g，然后加入20—80gSiO₂，再与密度为1.5—1.7g/cm³的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为35％—45％；

所述复合胶体中胶体粒子粒径为1—100μm。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述正极铅膏的铅粉中含有8％的红丹，所述百分比含量均为重量百分比含量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述复合胶体中无机锂硅胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、果酸、EDTA、硼酸、磷酸和醌苯的重量比为1:2.3—2.9：0.1—0.3：0.01—0.04：0.01—0.06：0.1—0.4：0.1—0.4：0.01—0.03；

所述无机锂硅胶是在1000ml水中加入KOH8—10g、NaOH12—14g及LiOH47—50g，然后加入20—60gSiO₂，再与密度为1.5—1.6g/cm³的硫酸混合制备而成，所述硫酸在无机锂硅胶中的质量百分比含量为40％—45％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述复合胶体中所述聚丙烯酰胺为M≥300万聚丙烯酰胺。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中控制复合胶体的初始密度为1.265—1.270g/cm³，控制复合胶体温度为25℃。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)是将经步骤(3)灌胶后的电池静置4h后进行充电，充电采用三充二放循环多步充放电方式，充电工艺及参数如下：

第一次：

充电：第一阶段充电电流 1A 充电时间 2h

第二阶段充电电流 1.7A 充电时间 29h

第三阶段充电电流 1.3A 充电时间 13h

放电：5A 恒流放电放电终止电压为 10.8V

第二次：

充电：第一阶段充电电流 1.7A 充电时间 8h

第二阶段充电电流 1.3A 充电时间 4h

放电:5A 恒流放电放电终止电压 10.5v

第三次：

充电：第一阶段充电电流 1.7A 充电时间 7h

第二阶段充电电流 1.3A 充电时间 4h

第三阶段充电电流 0.18A 充电时间 4h。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，电池经步骤(4)充电后，将多余的复合胶体抽出，清洗电池，干燥电池后进行包装。