CN104218224B - 一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法 - Google Patents

一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法，解决了现有技术的正极铅膏制备方法得到的正极铅膏中成分比例失衡，涂片性能差，易造成极板疏松、掉粉等现象，制得的电池初始容量与循环性能不够理想的问题，其包括以下步骤：（一）配料；（二）进料；（三）干混；（四）进水；（五）湿混；（六）加酸；（七）酸混，其中加酸与酸混均分五步进行。本发明的制备方法工艺步骤简单，制备过程稳定可控，可操作性强，得到的铅膏稠度适中，涂片性能好，可提高电池的初始容量与循环性能。

Description

一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，尤其是涉及一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法。
背景技术
铅酸蓄电池的循环寿命主要受限于正极，铅膏是铅酸蓄电池正极的重要组成部分，其是由铅粉、水、稀硫酸和添加剂在和膏机中混合而成的膏状物，是电能和化学能相互转化的载体，因此正极铅膏性能的好坏直接决定了电池性能的好坏。而影响正极铅膏的性能主要因素是铅膏配方以及和膏工艺。
目前常规的铅膏膏工艺均在和膏机中进行，例如，申请公布号CN102074695A，申请公布日2011.05.25的中国专利公开了一种提高电池循环寿命的高温和膏工艺，首先加75~90℃的去离子水，然后加入短纤维以及正极添加剂搅拌5~7分钟，接着加入铅粉搅拌10~12分钟，最后再慢慢加入稀硫酸搅拌8~10分钟，完成和膏，待温度低于45℃出膏。该工艺未公开正极铅膏的配方，另外，该工艺中一次性加入酸液，未对加酸速度进行控制，导致加酸时铅膏的温度不易控制，得到的铅膏中成分比例失衡，涂片性能差，易造成极板疏松、掉粉等现象，制得的电池初始容量与循环性能不够理想。
发明内容
本发明是为了解决现有技术的正极铅膏制备方法得到的正极铅膏中成分比例失衡，涂片性能差，易造成极板疏松、掉粉等现象，制得的电池初始容量与循环性能不够理想的问题，提供了一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法，该制备方法工艺步骤简单，制备过程稳定可控，可操作性强，得到的铅膏稠度适中，涂片性能好，可提高电池的初始容量与循环性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法，包括以下步骤：
（一）配料：以铅膏重质量为基准，按以下配比称取各原料组分：8~9%质量分数为50%的稀硫酸，10~12%纯化水，0.06~0.09%三氧化二锑，3~5%红丹，0.04~0.06%木炭粉，0.05~0.1%碳-碳复合材料，余量为铅粉。本发明对正极铅膏的配方进行了优化设计，其中三氧化二锑的作用是解决了铅钙合金极板动力的无锑效应，防止电池出现早期容量衰减；红丹的作用是提高活性物质转化效率，缩短内化成周期和减少充电电量；木炭粉的作用是在不改变活性物质强度的前提下，增加活性物质孔率，增加活性物质反应面积，提高大电流放电性能；碳-碳复合材料主要作用是提高活性物质导电性，相应提高充电接受能力和大电流放电特性，本发明的正极铅膏配方合理，稠度适中，涂片性能好，制得的电池初始容量与循环性能理想。
（二）进料：先将配方量中的一半铅粉加入和膏机并使铅粉平铺，再同时加入三氧化二锑、红丹、木炭粉和碳-碳复合材料，最后加入剩余的另一半铅粉。该步骤的操作使得物料混合更为均匀，同时有利于铅膏中四碱式硫酸铅的生成。
（三）干混：开启和膏机进行干混，使铅粉与三氧化二锑、红丹、木炭粉、碳-碳复合材料混合均匀。
（四）进水：连续不间断加入配方量中的水。
（五）湿混：进水结束后连续和膏，使铅粉与水混合均匀。
（六）加酸：加酸分五步进行：
（1）加入总酸量20~30%的稀硫酸，加酸时间控制在2~3min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在55~60℃。本发明和膏过程中的铅膏温度可通过加酸速度以及和膏机的真空度进行控制，该阶段为初始阶段，使铅膏温度开始缓慢上升，铅膏的最终温度可通过调整加酸速度以及和膏机的真空度来进行控制。
（2）加入总酸量15~25%的稀硫酸，加酸时间控制在2~3min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在60~70℃。该阶段为温度缓升阶段，此时和膏机内铅膏热量逐渐上升。
（3）加入总酸量15~25%的稀硫酸，加酸时间控制在1~2min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在78~82℃。该阶段为连续升温阶段，由于热量的逐步累积，和膏机内铅膏热量逐渐上升至78～82℃，此时铅膏内四碱硫酸铅开始生成。
（4）加入总酸量15~25%的稀硫酸，加酸时间控制在2~3min，加酸期间不断搅拌，且加酸期间铅膏温度控制在78~82℃。该阶段为保温阶段，此时和膏机内铅膏温度维持在78~82℃，铅膏中的四碱式硫酸铅持续生成，形成活性物质的骨架，增强活性物质的强度。
（5）加入剩余量的稀硫酸，加酸时间控制在2~3min，加酸期间不断搅拌，且加酸期间铅膏温度控制在78~82℃。该阶段为持续保温阶段，降低铅膏中的二氧化铅的含量并进一步提高四碱式硫酸铅的含量，以提高铅膏的初始容量和循环性能。
（七）酸混：酸混分五步进行：
（a）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至65~75℃，降温时间控制在0.5~1.5min。
（b）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至55~65℃，降温时间控制在0.5~1.5min。
（c）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至45~50℃，降温时间控制在0.5~1.5min。
（d）不断搅拌并保持铅膏温度恒定0.5~1.5min。该阶段为铅膏的性能稳定阶段，以使得铅膏中的各种成分保持稳定并分布一致，得到的铅膏均一性好。
（e）不断搅拌待铅膏最终温度下降至40℃以下后出膏。
作为优选，步骤（三）中，干混时间控制在3~5min。
作为优选，步骤（四）中，进水时间控制在15~45s。
作为优选，步骤（五）中，湿混时间控制在2~4min。
因此，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明对正极铅膏的配方进行了优化设计，配方合理，稠度适中，涂片性能好，制得的电池初始容量与循环性能理想；
（2）采用五步法进行加酸，加酸时通过控制每个步骤的加酸量、加酸时间以及铅膏温度，以有效控制铅膏中各原料的反应速度和铅膏的温度，使得整个加酸过程稳定可控，并在加酸过程中使铅膏在72~82℃保持4~6min以形成一个四碱式硫酸铅的生成阶段，可避免死膏现象的产生，而且得到的铅膏初始容量与循环性能好；
（3）采用五步法进行酸混，酸混时通过控制每个步骤的搅拌时间、降温速度，使得可以较为精确地控制铅膏的温度，并在搅拌过程中使铅膏在45~50℃保持0.5~1.5min以形成一个性能稳定阶段，以保证得到的铅膏具有较好的一致性和结构组成；
（4）工艺步骤简单，制备过程稳定可控，可操作性强。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中，若非特指，所有百分比均为重量单位，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法，包括以下步骤：
（一）配料：以铅膏重质量为基准，按以下配比称取各原料组分：8%质量分数为50%的稀硫酸，10%纯化水，0.06%三氧化二锑，3%红丹，0.04%木炭粉，0.05%碳-碳复合材料，余量为铅粉；
（二）进料：先将配方量中的一半铅粉加入和膏机并使铅粉平铺，再同时加入三氧化二锑、红丹、木炭粉和碳-碳复合材料，最后加入剩余的另一半铅粉；
（三）干混：开启和膏机进行干混，干混时间控制在3min，使铅粉与三氧化二锑、红丹、木炭粉、碳-碳复合材料混合均匀；
（四）进水：连续不间断加入配方量中的水，进水时间控制在15s；
（五）湿混：进水结束后连续和膏，使铅粉与水混合均匀，湿混时间控制在2min；
（六）加酸：加酸分五步进行：
（1）加入总酸量20%的稀硫酸，加酸时间控制在2min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在55℃；
（2）加入总酸量15%的稀硫酸，加酸时间控制在2min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在60℃；
（3）加入总酸量15%的稀硫酸，加酸时间控制在1min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在78℃；
（4）加入总酸量15%的稀硫酸，加酸时间控制在2min，加酸期间不断搅拌，且加酸期间铅膏温度控制在78℃；
（5）加入剩余量的稀硫酸，加酸时间控制在2min，加酸期间不断搅拌，且加酸期间铅膏温度控制在78℃；
（七）酸混：酸混分五步进行：
（a）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至65℃，降温时间控制在0.5~1.5min；
（b）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至55℃，降温时间控制在0.5min；
（c）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至45℃，降温时间控制在0.5min；
（d）不断搅拌并保持铅膏温度恒定0.5min；
（e）不断搅拌待铅膏最终温度下降至40℃以下后出膏。
实施例2
一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（一）配料：以铅膏重质量为基准，按以下配比称取各原料组分：8.2%质量分数为50%的稀硫酸，11%纯化水，0.08%三氧化二锑，4%红丹，0.05%木炭粉，0.06%碳-碳复合材料，余量为铅粉；
（二）进料：先将配方量中的一半铅粉加入和膏机并使铅粉平铺，再同时加入三氧化二锑、红丹、木炭粉和碳-碳复合材料，最后加入剩余的另一半铅粉；
（三）干混：开启和膏机进行干混，干混时间控制在4min，使铅粉与三氧化二锑、红丹、木炭粉、碳-碳复合材料混合均匀；
（四）进水：连续不间断加入配方量中的水，进水时间控制在20s；
（五）湿混：进水结束后连续和膏，使铅粉与水混合均匀，湿混时间控制在3min；
（六）加酸：加酸分五步进行：
（1）加入总酸量25%的稀硫酸，加酸时间控制在2.5min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在57℃；
（2）加入总酸量20%的稀硫酸，加酸时间控制在2.5min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在65℃；
（3）加入总酸量20%的稀硫酸，加酸时间控制在1.5min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在80℃；
（4）加入总酸量20%的稀硫酸，加酸时间控制在2.5min，加酸期间不断搅拌，且加酸期间铅膏温度控制在80℃；
（5）加入剩余量的稀硫酸，加酸时间控制在2.5min，加酸期间不断搅拌，且加酸期间铅膏温度控制在80℃；
（七）酸混：酸混分五步进行：
（a）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至70℃，降温时间控制在1min；
（b）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至60℃，降温时间控制在1min；
（c）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至46℃，降温时间控制在1min；
（d）不断搅拌并保持铅膏温度恒定1min；
（e）不断搅拌待铅膏最终温度下降至40℃以下后出膏。
实施例3
一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（一）配料：以铅膏重质量为基准，按以下配比称取各原料组分：9%质量分数为50%的稀硫酸，12%纯化水，0.09%三氧化二锑，5%红丹，0.06%木炭粉，0.1%碳-碳复合材料，余量为铅粉；
（二）进料：先将配方量中的一半铅粉加入和膏机并使铅粉平铺，再同时加入三氧化二锑、红丹、木炭粉和碳-碳复合材料，最后加入剩余的另一半铅粉；
（三）干混：开启和膏机进行干混，干混时间控制在5min，使铅粉与三氧化二锑、红丹、木炭粉、碳-碳复合材料混合均匀；
（四）进水：连续不间断加入配方量中的水，进水时间控制在45s；
（五）湿混：进水结束后连续和膏，使铅粉与水混合均匀，湿混时间控制在4min；
（六）加酸：加酸分五步进行：
（1）加入总酸量20%的稀硫酸，加酸时间控制在3min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在60℃；
（2）加入总酸量25%的稀硫酸，加酸时间控制在3min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在70℃；
（3）加入总酸量25%的稀硫酸，加酸时间控制在2min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在82℃；
（4）加入总酸量25%的稀硫酸，加酸时间控制在3min，加酸期间不断搅拌，且加酸期间铅膏温度控制在82℃；
（5）加入剩余量的稀硫酸，加酸时间控制在3min，加酸期间不断搅拌，且加酸期间铅膏温度控制在82℃；
（七）酸混：酸混分五步进行：
（a）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至75℃，降温时间控制在1.5min；
（b）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至65℃，降温时间控制在1.5min；
（c）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至50℃，降温时间控制在1.5min；
（d）不断搅拌并保持铅膏温度恒定1.5min；
（e）不断搅拌待铅膏最终温度下降至40℃以下后出膏。
通过本发明的制备方法得到的铅膏内各组分分布均匀，一致性好，最后制得的极板的铅膏中游离铅含量≤2%，跌落掉膏≤0.5%，且极板强度好、表面无脱粉现象，经过100%DOD循环寿命测试，电池循环使用寿命提升20～30%，并且在电池寿命循环期间正极板活性物质无软化脱落现象，有效提升了动力电池的使用寿命。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (4)

1.一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（一）配料：以铅膏重质量为基准，按以下配比称取各原料组分：8~9%质量分数为50%的稀硫酸，10~12%纯化水，0.06~0.09%三氧化二锑，3~5%红丹，0.04~0.06%木炭粉，0.05~0.1%碳-碳复合材料，余量为铅粉；
（二）进料：先将配方量中的一半铅粉加入和膏机并使铅粉平铺，再同时加入三氧化二锑、红丹、木炭粉和碳-碳复合材料，最后加入剩余的另一半铅粉；
（三）干混：开启和膏机进行干混，使铅粉与三氧化二锑、红丹、木炭粉、碳-碳复合材料混合均匀；
（四）进水：连续不间断加入配方量中的水；
（五）湿混：进水结束后连续和膏，使铅粉与水混合均匀；
（六）加酸：加酸分五步进行：
（1）加入总酸量20~30%的稀硫酸，加酸时间控制在2~3min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在55~60℃；
（2）加入总酸量15~25%的稀硫酸，加酸时间控制在2~3min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在60~70℃；
（3）加入总酸量15~25%的稀硫酸，加酸时间控制在1~2min，加酸期间不断搅拌并控制铅膏的最终温度在78~82℃；
（4）加入总酸量15~25%的稀硫酸，加酸时间控制在2~3min，加酸期间不断搅拌，且加酸期间铅膏温度控制在78~82℃；
（5）加入剩余量的稀硫酸，加酸时间控制在2~3min，加酸期间不断搅拌，且加酸期间铅膏温度控制在78~82℃；
（七）酸混：酸混分五步进行：
（a）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至65~75℃，降温时间控制在0.5~1.5min；
（b）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至55~65℃，降温时间控制在0.5~1.5min；
（c）不断搅拌并控制铅膏最终温度下降至45~50℃，降温时间控制在0.5~1.5min；
（d）不断搅拌并保持铅膏温度恒定0.5~1.5min；
（e）不断搅拌待铅膏最终温度下降至40℃以下后出膏。
2.根据权利要求1所述的一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法，其特征在于，步骤（三）中，干混时间控制在3~5min。
3.根据权利要求1所述的一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法，其特征在于，步骤（四）中，进水时间控制在15~45s。
4.根据权利要求1所述的一种铅酸动力电池正极铅膏的制备方法，其特征在于，步骤（五）中，湿混时间控制在2~4min。
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