CN103633331A - 一种铅酸动力电池用正极活性物质及其制备方法 - 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及其制备方法，该产品和方法属于铅酸蓄电池技术领域；本发明是以铅粉70～85%、去离子水1～5%、硫酸5～8%、石墨烯0.1～5%、过氧化钠3～8%、聚四氟乙烯乳液1～5%为原料（重量百分比）通过掺混的方法来制得产品。该产品以石墨烯、过氧化钠、聚四氟乙烯乳液来代替传统的添加剂混合物，同时降低所用硫酸的浓度，并采用不同的和膏方法，本发明产品与传统的铅酸动力电池正极活性物质相比，在生产时可以大大降低硫酸造成的危害、减少设备投入、缩短固化时间、降低铅膏的视比重，在使用时增加电池的容量，延长使用时间。

Description

一种铅酸动力电池用正极活性物质及其制备方法
技术领域
本发明属于铅酸蓄电池技术领域，尤其涉及一种以石墨烯、过氧化钠、聚四氟乙烯乳液代替传统原料制备的铅酸动力电池正极活性物质。
背景技术
动力电池即是为工具提供动力来源的电源，多指为电动列车、电动汽车、电动自行车等车辆提供动力的蓄电池，动力电池的种类较多，如铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、铁镍蓄电池等，铅酸蓄电池是动力电池的主要品种之一，其优点是电压稳定、价格便宜，缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短、高低温适应性差，但随着铅酸蓄电池技术的不断发展，其比能低、使用寿命短、高低温适应性差等缺陷正在得到改进。铅酸蓄电池最主要的组成部分为正负极板，其极板依构造和活性物质化成方法，可分为：涂膏式极板、管式极板、化成式极板、半化成式极板，其中涂膏式极板应用广泛。涂膏式极板由板栅和活性物质构成的，板栅的作用为支承活性物质和传导电流、使电流分布均匀，板栅的材料一般采用铅锑合金，免维护电池采用铅钙合金，正极活性物质主要成份为二氧化铅，负极活性物质主要成为绒状铅，正极活性物质对电池的各项技术指标起到至关重要的作用。传统的正极活性物质是铅粉、硫酸、去离子水和添加剂的混合物，存在如下缺陷：1.传统的活性物质，在和膏时所用的硫酸密度较高，为1.4克/立方厘米，由于硫酸密度较高与铅粉反应时放出大量的热量，因此和膏过程要严格控制温度，不能高于65℃，为了控制温度，一般要增加水冷和风冷设施，导致设备复杂；2.由于使用硫酸的浓度较高，使用时既加速了对涂板设备的腐蚀，产生的酸雾还对环境造成污染并对操作者身体健康状况的造成危害；3.传统的铅酸电池正极活性物质的固化工艺时间较长，在2-3天时间左右。本发明产品是对传统的正极活性物质配方改进后的新产品，是一种铅酸蓄电池涂膏式极板使用的新型正极活性物质，该产品以石墨烯、过氧化钠、聚四氟乙烯乳液来代替传统的添加剂混合物，同时降低所用硫酸的浓度，并采用不同的和膏方法，经实践检验，本发明产品与传统的正极活性物质相比，在生产时可以大大降低硫酸造成的危害、减少设备投入、缩短固化时间、降低铅膏的视比重，在使用时还可以增加电池的容量，延长电池的使用时间。 
发明内容
本发明主要解决的问题是提供一种铅酸动力电池用正极活性物质及其制备方法，该方法以铅粉70～85%、去离子水1～5%、硫酸5～8%、石墨烯0.1～5%、过氧化钠3～8%、聚四氟乙烯乳液1～5%为原料（重量百分比），其中石墨烯、过氧化钠、聚四氟乙烯乳液是现有技术中没有使用过的配料，石墨烯、过氧化钠和聚四氟乙烯乳液在配制的铅酸动力电池用正极活性物质中起着至关重要的作用，它们的作用主要包括：
（1）石墨烯可以提高活性物质的电导率，有利于电池化成时间的缩短和电池容量的提高。
（2）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下所示：
Pb + Na2O2 + H2O                                                
Figure 2013106157219100002DEST_PATH_IMAGE001
 2NaOH +PbO         
NaOH随后和硫酸反应生产Na2SO4，Na2SO4可以细化和膏时形成碱式硫酸铅的晶粒，以提高电池的初容量。
（3）其中聚四氟乙烯乳液的作用在于增加活性物质颗粒之间的结合力。
所述的硫酸的比重为1.1 克/立方厘米。
所述的石墨烯的比表面积在200平方米/克以上，电导率在1500西门子/米以上。
所述的过氧化钠为分析纯。
所述的聚四氟乙烯乳液的浓度为60%。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
一种铅酸动力电池用正极活性物质及其制备方法，其特征是由以下步骤构成：
（1）先将配方量的铅粉、石墨烯和过氧化钠粉末在容器中混合搅拌3-5分钟。
（2）加入配方量的聚四氟乙烯乳液搅拌5-8分钟。
（3）加入配方量的去离子水，搅拌8-10分钟。
（4）加入配方量的硫酸搅拌10-15分钟即得铅酸动力电池用正极活性物质。
（5）铅酸动力电池用正极活性物质的使用方法是：将铅酸动力电池用正极活性物质均匀的涂抹在板栅上，然后将涂抹铅酸动力电池用正极活性物质的板栅送入烘房中，在70-80℃的温度下干燥2～4小时即可。
本发明的有益效果是：提供了一种铅酸动力电池用正极活性物质及其制备方法，与传统的铅酸电池正极活性物质相比具有如下的优点：
(1)可以获得较低视比重的铅酸动力电池用正极活性物质，普通铅酸动力电池用正极活性物质的视比重一般在3.8～4.2 克/立方厘米，而本发明产品的视比重可以低至3.0～3.2克/立方厘米，较低的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，而采用本发明产品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)在传统的铅酸电池生产过程中固化时间长，采用本发明产品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，进而使生产电池的周期缩短，节约了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；同时由于石墨烯的高导电性，可以大大缩短电池化成的时间，提高生产效率。
(4)本发明产品使用低浓度的硫酸，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。
（5）本发明产品用于制造12V20Ah的电动自行车用阀控式密封铅酸蓄电池进行性能测试，10A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。 
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步详细描述本发明。
实施例1
将占总量为73.9%的铅粉、占总量为0.1%的石墨烯、占总量为8%的过氧化钠粉末在容器中混合搅拌3-5分钟；加入占总量为5%的聚四氟乙烯乳液搅拌5-8分钟；加入占总量为5％的去离子水，搅拌8-10分钟；加入占总量为8%的硫酸搅拌10-15分钟即得铅酸动力电池用正极活性物质；铅酸动力电池用正极活性物质的使用方法是：将铅酸动力电池用正极活性物质均匀的涂抹在板栅上，然后将涂抹铅酸动力电池用正极活性物质的板栅送入烘房中，在70-80℃的温度下干燥2～4小时即可。
实施例2
将占总量为78.9%的铅粉、占总量为0.1%的石墨烯、占总量为5.5%的过氧化钠粉末在容器中混合搅拌3-5分钟；加入占总量为2.5%的聚四氟乙烯乳液搅拌5-8分钟；加入占总量为5％的去离子水，搅拌8-10分钟；加入占总量为8%的硫酸搅拌10-15分钟即得铅酸动力电池用正极活性物质；铅酸动力电池用正极活性物质的使用方法是：将铅酸动力电池用正极活性物质均匀的涂抹在板栅上，然后将涂抹铅酸动力电池用正极活性物质的板栅送入烘房中，在70-80℃的温度下干燥2～4小时即可。
实施例3
将占总量为80.4%的铅粉、占总量为0.1%的石墨烯、占总量为5.5%的过氧化钠粉末在容器中混合搅拌3-5分钟；加入占总量为1%的聚四氟乙烯乳液搅拌5-8分钟；加入占总量为5％的去离子水，搅拌8-10分钟；加入占总量为8%的硫酸搅拌10-15分钟即得铅酸动力电池用正极活性物质；铅酸动力电池用正极活性物质的使用方法是：将铅酸动力电池用正极活性物质均匀的涂抹在板栅上，然后将涂抹铅酸动力电池用正极活性物质的板栅送入烘房中，在70-80℃的温度下干燥2～4小时即可。
实施例4
将占总量为79.5%的铅粉、占总量为2.5%的石墨烯、占总量为5.5%的过氧化钠粉末在容器中混合搅拌3-5分钟；加入占总量为3%的聚四氟乙烯乳液搅拌5-8分钟；加入占总量为3％的去离子水，搅拌8-10分钟；加入占总量为6.5%的硫酸搅拌10-15分钟即得铅酸动力电池用正极活性物质；铅酸动力电池用正极活性物质的使用方法是：将铅酸动力电池用正极活性物质均匀的涂抹在板栅上，然后将涂抹铅酸动力电池用正极活性物质的板栅送入烘房中，在70-80℃的温度下干燥2～4小时即可。
实施例5
将占总量为81.5%的铅粉、占总量为2.5%的石墨烯、占总量为5%的过氧化钠粉末在容器中混合搅拌3-5分钟；加入占总量为3%的聚四氟乙烯乳液搅拌5-8分钟；加入占总量为3％的去离子水，搅拌8-10分钟；加入占总量为5%的硫酸搅拌10-15分钟即得铅酸动力电池用正极活性物质；铅酸动力电池用正极活性物质的使用方法是：将铅酸动力电池用正极活性物质均匀的涂抹在板栅上，然后将涂抹铅酸动力电池用正极活性物质的板栅送入烘房中，在70-80℃的温度下干燥2～4小时即可。
实施例6
将占总量为80.5%的铅粉、占总量为2.5%的石墨烯、占总量为8%的过氧化钠粉末在容器中混合搅拌3-5分钟；加入占总量为3%的聚四氟乙烯乳液搅拌5-8分钟；加入占总量为1％的去离子水，搅拌8-10分钟；加入占总量为5%的硫酸搅拌10-15分钟即得铅酸动力电池用正极活性物质；铅酸动力电池用正极活性物质的使用方法是：将铅酸动力电池用正极活性物质均匀的涂抹在板栅上，然后将涂抹铅酸动力电池用正极活性物质的板栅送入烘房中，在70-80℃的温度下干燥2～4小时即可。
 
实施例7
将占总量为74%的铅粉、占总量为5%的石墨烯、占总量为3%的过氧化钠粉末在容器中混合搅拌3-5分钟；加入占总量为5%的聚四氟乙烯乳液搅拌5-8分钟；加入占总量为5％的去离子水，搅拌8-10分钟；加入占总量为8%的硫酸搅拌10-15分钟即得铅酸动力电池用正极活性物质；铅酸动力电池用正极活性物质的使用方法是：将铅酸动力电池用正极活性物质均匀的涂抹在板栅上，然后将涂抹铅酸动力电池用正极活性物质的板栅送入烘房中，在70-80℃的温度下干燥2～4小时即可。
 
实施例8
将占总量为74%的铅粉、占总量为5%的石墨烯、占总量为6.5%的过氧化钠粉末在容器中混合搅拌3-5分钟；加入占总量为5%的聚四氟乙烯乳液搅拌5-8分钟；加入占总量为3％的去离子水，搅拌8-10分钟；加入占总量为6.5%的硫酸搅拌10-15分钟即得铅酸动力电池用正极活性物质；铅酸动力电池用正极活性物质的使用方法是：将铅酸动力电池用正极活性物质均匀的涂抹在板栅上，然后将涂抹铅酸动力电池用正极活性物质的板栅送入烘房中，在70-80℃的温度下干燥2～4小时即可。
实施例9
将占总量为71%的铅粉、占总量为5%的石墨烯、占总量为8%的过氧化钠粉末在容器中混合搅拌3-5分钟；加入占总量为3%的聚四氟乙烯乳液搅拌5-8分钟；加入占总量为5％的去离子水，搅拌8-10分钟；加入占总量为8%的硫酸搅拌10-15分钟即得铅酸动力电池用正极活性物质；铅酸动力电池用正极活性物质的使用方法是：将铅酸动力电池用正极活性物质均匀的涂抹在板栅上，然后将涂抹铅酸动力电池用正极活性物质的板栅送入烘房中，在70-80℃的温度下干燥2～4小时即可。

Claims (8)

1.一种铅酸动力电池用正极活性物质，使用的原料按重量百分比计算：包括铅粉70～85%、去离子水1～5%、硫酸5～8%,其特征是：还包括石墨烯0.1～5%、过氧化钠3～8%、聚四氟乙烯乳液1～5%。
2.根据权利要求1所述的一种铅酸动力电池用正极活性物质，其的特征是：所述的硫酸的比重为1.1 克/立方厘米。
3.根据权利要求1所述的一种铅酸动力电池用正极活性物质，其的特征是：所述的石墨烯的比表面积在200平方米/克以上，电导率在1500西门子/米以上。
4.根据权利要求1所述的一种铅酸动力电池用正极活性物质，其的特征是：所述的过氧化钠为分析纯。
5.根据权利要求1所述的一种铅酸动力电池用正极活性物质，其的特征是：所述的聚四氟乙烯乳液的浓度为60%。
6.一种铅酸动力电池用正极活性物质的制备方法，其特征是由以下步骤构成：
（1）先将占总重量70～85%的铅粉、占总重量0.1～5%的石墨烯和占总重量3～8%的过氧化钠粉末在容器中混合搅拌3-5分钟；
（2）加入将占总重量1～5%%的聚四氟乙烯乳液搅拌5-8分钟；
（3）加入将占总重量1～5%%的去离子水，搅拌8-10分钟；
（4）加入将占总重量5～8%的硫酸搅拌10-15分钟即得铅酸动力电池用正极活性物质。
7.一种铅酸动力电池用正极活性物质的使用方法是：将铅酸动力电池用正极活性物质均匀的涂抹在板栅上，然后将涂抹铅酸动力电池用正极活性物质的板栅送入烘房中，在70-80℃的温度下干燥2～4小时即可。
8.根据权利要求7所述的铅酸动力电池用正极活性物质的使用方法，其特征是：所述的烘房中烘干温度和烘干时间对应为，烘干温度为70℃是对应的烘干时间为4小时；烘干温度为75℃是对应的烘干时间为3小时；烘干温度为80℃是对应的烘干时间为2小时。
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