CN103762340B - 一种铅酸蓄电池生极板快速高温固化干燥工艺 - Google Patents

一种铅酸蓄电池生极板快速高温固化干燥工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铅酸蓄电池生极板快速高温固化干燥工艺，依次为：将涂制好铅膏的生极板置于湿度95~99%、温度47-50℃的固化室内固化3-5h；用2-4h的时间提升固化室内温度至83-86℃，在温度为83-86℃、湿度为97~99%的条件下固化生极板15-20h，最后用2-4h的时间将固化室内温度降至60-65℃、湿度降至90~95%；保持固化室内温度为60-65℃，降低湿度至80-85%，固化生极板5-7h；用2-4h的时间将固化室内温度提升至86~88℃、湿度降至0~10%；保持固化室内温度为86~88℃，控制湿度为0，高温干燥生极板10~12h。本工艺固化干燥的时间短，较现有工艺缩短了近20个小时，既能利用现有的固化干燥设备，在不增加投资的情况下，缩短固化干燥时间，提高生产效率，提高蓄电池的循环使用寿命。

Description

一种铅酸蓄电池生极板快速高温固化干燥工艺
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池制造领域，具体涉及一种铅酸蓄电池生极板快速高温固化干燥工艺。
背景技术
 随着近年来电动助力车、电动汽车、便携电动工具的广泛使用，以及通讯基站、风光互补发电站的不断建设，阀控密封铅酸蓄电池以其稳定可靠的可逆变性和安全性，以及其低廉的价格和高性价比得到了广泛应用。为满足市场和顾客的广泛需求，必须制造长寿命的阀控密封蓄电池来提升产品的品质。
铅酸蓄电池正极板活性物质的软化、铅膏与板栅表面结合不良均会影响蓄电池的使用寿命，虽然通过添加一些添加剂可以延缓活性物质的软化和提高铅膏与板栅表面的结合度，但这些辅助措施的效果不甚明显，延长和提高阀控铅酸蓄电池的循环使用寿命，关键还是在于提高蓄电池制造过程中生极板固化干燥的成效，这样才能确保化成后铅膏和板栅结合紧密，减缓正极板活性物质的软化。现有的固化干燥工艺通常分为两种：一种是在高温高压下固化干燥，固化后板栅表面腐蚀层较厚为铅膏骨架提供了良好的附着力，使铅膏与板栅表面结合紧密，但是现有的固化室系统无法满足高温高压的反应条件，其需要在专用的压力固化室系统内才能反应，因此这种工艺应用范围受到极大限制，不利于推广；另一种工艺是用现有的固化室系统在常压下操作，通常是在76℃以下的环境下进行，这种固化工艺至少需要50小时才能完成，固化时间长效率低，极板一米高自由落体6次后的掉粉量在0.85%以上，强度不高，而且极板在固化干燥后铅膏多以3PbO·PbSO4·H2O形态存在，这种形态在化成时α-PbO2的转化率较低，α-PbO2/β-PbO2的比率在0.12~0.31之间，成品的正极板活性物质易软化；另外，由于固化温度较低，板栅表面氧化速率慢，表面腐蚀层仅为100~116 μm，导致铅膏与板栅表面的结合度差。综上，现有常压下的固化干燥工艺整体效果较差，蓄电池的使用寿命较短。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种铅酸蓄电池生极板快速高温固化干燥工艺，在正常大气压下对生极板进行高温快速固化干燥，利用现有的固化干燥设备，在不增加投资的情况下，缩短固化干燥时间，提高生产效率和产品的质量。
本发明通过以下技术方案实现：
一种铅酸蓄电池生极板快速高温固化干燥工艺，依次包括以下步骤：1）低温固化：将涂制好铅膏的生极板置于湿度95~99%、温度47-50℃的固化室内固化3-5h。生极板经涂制后表面形成了厚度为20~30μm的PbSO4防护层，其铅膏含水量为9.5%~11.0%，经过本阶段的固化，其铅膏内部的游离铅部分氧化，并形成3PbO·PbSO4·H2O（以下称为3BS），从而也形成最初的部分网状骨架结构，此骨架结构的形成能够有效地阻止生极板铅膏表面产生起泡或起皮现象。（铅膏起泡或起皮的原因是：生极板迅速受热升温,板栅温度上升比铅膏快,导致铅膏内的水气化蒸发，但铅膏表面质地细密的PbSO4防护层妨碍了水蒸气的及时析出，水蒸气聚集起来削弱板栅与铅膏、铅膏与铅膏之间的粘合力，造成铅膏起泡或起皮。）
2）高温高湿固化：用2-4h的时间提升固化室内温度至83-86℃，在温度为83-86℃、湿度为97~99%的条件下固化生极板15-20h，最后用2-4h的时间将固化室内温度降至60-65℃、湿度降至90~95%。本阶段固化温度得到提升，同时生极板铅膏内部游离铅氧化释放热量，使得生极板固化处于高温状态，以该温度下铅膏形成的4PbO·PbSO4（以下称为4BS）晶种为晶核，由剩余的PbO 和中间态3BS反应形成4BS , 生长成分布均匀、性能更好，粒径为10~20μm的4BS晶粒，4BS的含量在14.1~14.9%之间；另外，高温下板栅和活性物质界面形成的腐蚀层的速率更快,本阶段板栅表面形成了更厚的氧化腐蚀层。本阶段高湿的水雾包裹在生极板周围，减缓了生极板表面的水分蒸发，使生极板铅膏表面不产生裂纹，同时高湿水雾输送了氧化腐蚀所需的氧气。
3）中温固化：保持固化室内温度为60-65℃，降低湿度至80-85%，固化生极板5-7h。本阶段铅膏内部的含水量逐渐降低且长时间维持在7.0%上下，铅膏内的游离铅快速、充分地氧化，3BS和4BS重结晶为铅膏骨架提供了良好的连接，形成致密的网状结构，同样板栅表面也在这个过程中继续氧化使腐蚀层加厚，奠定了铅膏具备良好附着力的基础，本阶段固化后铅膏形成孔径为0.6～4μm 的微孔。
4）匀速干燥：用2-4h的时间将固化室内温度提升至86~88℃、湿度降至0~10%。本阶段随着固化室内部温度的缓慢上升，生极板内部的水分从微孔中蒸发,匀速地扩散到其表面并逐步气化，微孔与颗粒之间薄液层中束缚不紧密的水分蒸发形成了大的通孔同时发生再结晶现象，使生极板强度略有增加，缓慢升温干燥不会造成铅膏表面龟裂，铅膏的内聚力和附着力也同步增加。
5）高温干燥：保持固化室内温度为86~88℃，控制湿度为0，高温干燥生极板10~12h。本阶段开始时铅膏中惟一液相以环状或楔状液形式存在，随时间推移逐渐蒸发，铅膏的体积和孔率保持不变，颗粒之间沉淀物使它们相互联结成多孔状的物质, 随后骨架结构变硬，生极板铅膏内水分达到0.5%以下，生极板的强度也随铅膏内聚力和附着力的增加而进一步增加。
本发明进一步的改进方案是，所述生极板吊挂在固化室内的固化架上，板间距为0.5~2.0mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
一、本工艺通过控制温度和湿度对生极板进行五段固化干燥，在不增加投资的情况下利用现有的固化干燥设备固化干燥生极板最短只需要39小时，较现有的常压下的工艺缩短了近20个小时，极板一米高自由落体6次后的掉粉量不超过0.47%，大大提高极板的硬度。
二、生极板的铅膏在本固化工艺过程中能够生成含量为14.1%~14.9%的4BS结晶，4BS结晶的形成也使得化成后熟极板α-PbO2/β-PbO2的比率能够达到0.51~0.55，大大减缓正极板活性物质软化速率，延长蓄电池的使用寿命。
三、本工艺固化温度较高，板栅表面形成的腐蚀层速率快，整个固化过程其能够形成123~145 μm的腐蚀层，该厚度能够确保铅膏具备良好的附着力，提高铅膏与板栅表面的结合度。
具体实施方式
实施例1
将生极板吊挂在固化室内的固化架上，板间距为0.5mm，依次进行以下操作：
（1）将涂制好铅膏的生极板置于湿度95%、温度47℃的固化室内固化3h；
（2）用2h的时间提升固化室内温度至83℃，在温度为83℃、湿度为97%的条件下固化生极板15h，最后用2h的时间将固化室内温度降至60℃、湿度降至90%；
（3）保持固化室内温度为60℃，降低湿度至80%，固化生极板5h；
（4）用2h的时间将固化室内温度提升至86℃、湿度降低至10%；
（5）保持固化室内温度为86℃，控制湿度为0，高温干燥生极板10h。
本工艺固化干燥共耗时39h，固化后，极板一米高自由落体6次后的掉粉量为0.47%，板栅表面腐蚀层123 μm，铅膏内4BS结晶14.1%、化成后α-PbO2/β-PbO2 为0.51。
实施例2
将生极板吊挂在固化室内的固化架上，板间距为0.5mm，依次进行以下操作：
（1）将涂制好铅膏的生极板置于湿度99%、温度50℃的固化室内固化3h；
（2）用2h的时间提升固化室内温度至86℃，在温度为86℃、湿度为99%的条件下固化生极板15h，最后用2h的时间将固化室内温度降至65℃、湿度降至95%；
（3）保持固化室内温度为65℃，降低湿度至85%，固化生极板5h；
（4）用2h的时间将固化室内温度提升至88℃、湿度降低至10%；
（5）保持固化室内温度为88℃，控制湿度为0，高温干燥生极板10h。
本工艺固化干燥共耗时39h，固化后，极板一米高自由落体6次后的掉粉量为0.46%，板栅表面腐蚀层136 μm，铅膏内4BS结晶14.3%、化成后α-PbO2/β-PbO2 为0.52。
实施例3
将生极板吊挂在固化室内的固化架上，板间距为0.5mm，依次进行以下操作：
（1）将涂制好铅膏的生极板置于湿度99%、温度50℃的固化室内固化2h；
（2）用2h的时间提升固化室内温度至86℃，在温度为86℃、湿度为99%的条件下固化生极板20h，最后用2h的时间将固化室内温度降至65℃、湿度降至95%；
（3）保持固化室内温度为65℃，降低湿度至85%，固化生极板5h；
（4）用2h的时间将固化室内温度提升至88℃、湿度降低至10%；
（5）保持固化室内温度为88℃，控制湿度为0，高温干燥生极板10h。
本工艺固化干燥共耗时43h，固化后，极板一米高自由落体6次后的掉粉量为0.46%，板栅表面腐蚀层145 μm，铅膏内4BS结晶14.9%、化成后α-PbO2/β-PbO2 为0.55。
实施例4
将生极板吊挂在固化室内的固化架上，板间距为0.5mm，依次进行以下操作：
（1）将涂制好铅膏的生极板置于湿度95%、温度47℃的固化室内固化2h；
（2）用2h的时间提升固化室内温度至83℃，在温度为83℃、湿度为99%的条件下固化生极板20h，最后用2h的时间将固化室内温度降至60℃、湿度降至90%；
（3）保持固化室内温度为60℃，降低湿度至80%，固化生极板5h；
（4）用2h的时间将固化室内温度提升至86℃、湿度降低至5%；
（5）保持固化室内温度为86℃，控制湿度为0，高温干燥生极板10h。
本工艺固化干燥共耗时43h，固化后，极板一米高自由落体6次后的掉粉量为0.46%，板栅表面腐蚀层139 μm，铅膏内4BS结晶14.4%、化成后α-PbO2/β-PbO2 为0.52。
实施例5
将生极板吊挂在固化室内的固化架上，板间距为0.5mm，依次进行以下操作：
（1）将涂制好铅膏的生极板置于湿度97%、温度48℃的固化室内固化3h；
（2）用2h的时间提升固化室内温度至85℃，在温度为85℃、湿度为99%的条件下固化生极板17h，最后用2h的时间将固化室内温度降至62℃、湿度降至92%；
（3）保持固化室内温度为62℃，降低湿度至82%，固化生极板5h；
（4）用2h的时间将固化室内温度提升至87℃、湿度降低至5%；
（5）保持固化室内温度为87℃，控制湿度为0，高温干燥生极板11h。
本工艺固化干燥共耗时42h，固化后，极板一米高自由落体6次后的掉粉量为0.46%，板栅表面腐蚀层141 μm，铅膏内4BS结晶14.5%、α-PbO2/β-PbO2 为0.53。
实施例6
将生极板吊挂在固化室内的固化架上，板间距为0.5mm，依次进行以下操作：
（1）将涂制好铅膏的生极板置于湿度97%、温度48℃的固化室内固化3h；
（2）用2h的时间提升固化室内温度至85℃，在温度为85℃、湿度为99%的条件下固化生极板20h，最后用2h的时间将固化室内温度降至62℃、湿度降至92%；
（3）保持固化室内温度为62℃，降低湿度至82%，固化生极板5h；
（4）用2h的时间将固化室内温度提升至87℃、湿度降低至5%；
（5）保持固化室内温度为87℃，控制湿度为0，高温干燥生极板10h。
本工艺固化干燥共耗时44h，固化后，极板一米高自由落体6次后的掉粉量为0.46%，板栅表面腐蚀层143 μm，铅膏内4BS结晶14.7%、化成后α-PbO2/β-PbO2 为0.54。

Claims (2)

1.一种铅酸蓄电池生极板快速高温固化干燥工艺，其特征在于依次包括以下步骤：
1）低温固化：将涂制好铅膏的生极板置于湿度95~99%、温度47-50℃的固化室内固化3-5h；
2）高温高湿固化：用2-4h的时间提升固化室内温度至83-86℃，在温度为83-86℃、湿度为97~99%的条件下固化生极板15-20h，最后用2-4h的时间将固化室内温度降至60-65℃、湿度降至90~95%；
3）中温固化：保持固化室内温度为60-65℃，降低湿度至80-85%，固化生极板5-7h；
 4）匀速干燥：用2-4h的时间将固化室内温度提升至86~88℃、湿度降至0~10%；
5）高温干燥：保持固化室内温度为86~88℃，控制湿度为0，高温干燥生极板10~12h。
2.如权利要求1所述的一种铅酸蓄电池生极板快速高温固化干燥工艺，其特征在于：所述生极板吊挂在固化室内的固化架上，板间距为0.5~2.0mm。
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