CN104377358B - 一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏配方及其制备工艺 - Google Patents

一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏配方及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏配方，包括以下组份，各组份的重量百分比为：铅粉70‑90％、硫酸2‑15％、水5‑20％、短纤维0.05‑2％、乙炔黑0.2‑0.5％、腐植酸0.2‑0.5％、硫酸钡0.1‑1.2％、木素磺酸钠0.1‑0.4％、榆木颗粒0.05‑0.3％、二氧化硅乳液0.1‑1.5％与聚四氟乙烯乳液0.1‑10％，榆木颗粒的粒径为5‑20微米。利用该配方及制备工艺制备的铅膏制作的极板组装成蓄电池后，具有深放电能力强，耐过充能力强，循环寿命长的优点。

Description

一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏配方及其制备工艺
技术领域
本发明属于铅酸蓄电池技术领域，涉及铅酸蓄电池负极铅膏，特别是一种提高电池循环使用寿命的耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏配方及其制备工艺。
背景技术
目前，铅酸蓄电池的应用方式由常规的备用和小电流、低功率应用方式转变为大电流、大功率的应用方式。常用的阀控式密封铅酸蓄电池面临深放电能力差、耐过充电能力差、循环寿命短的困境，而提高其性能的常用方法有：1、增加极板厚度以提高电极过充电、过放电能力，但存在生产控制质量成本高、效率低下的缺点；2、添加可溶性添加剂并提高电池前期的比表面性，但这个方法不能持续保持电池容量；3、降低电液浓度，但存在活性物质利用率低的缺点。
中国专利公布号CN102738461A，公布日2012年10月17日，名称为铅超级酸蓄电池的负极铅膏的制备方法，该申请案公开了一种铅超级酸蓄电池的负极铅膏的制备方法，包括按照特定重量份配置铅膏原材料，原材料包括铅粉、硫酸钡、导电石墨、聚酯短纤维、木素、重量浓度为49％的稀硫酸，去离子水，膨胀中间相炭微球；其中膨胀中间相炭微球采用特殊的方法制备：将铅粉、硫酸钡、导电石墨、聚酯短纤维、木素，膨胀中间相炭微球混合好后，与铅粉一起加入合膏机内，开机搅拌，再均匀加入水，继续搅拌，再内均匀加入稀硫酸，在加入稀硫酸的同时开启合膏机的进风机和循环冷却水，控制温度，加稀硫酸结束后，再连续搅拌出膏，得到超级铅酸蓄电池负极铅膏。
其不足之处在于，深放电能力差、耐过充电能力差、循环寿命短。
发明内容
本发明的目的在于为了解决现有铅酸蓄电池深放电能力差、耐过充电能力差、循环寿命短的缺陷而提供一种提高电池循环使用寿命的耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏配方。
本发明的另一个目的是为了提供一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏的制备工艺。
一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏配方，包括以下组份，各组份的重量百分比为：铅粉70-90％、硫酸2-15％、水5-20％、短纤维0.05-2％、乙炔黑0.2-0.5％、腐植酸0.2-0.5％、硫酸钡0.1-1.2％、木素磺酸钠0.1-0.4％、榆木颗粒0.05-0.3％、二氧化硅乳液0.1-1.5％与聚四氟乙烯乳液0.1-10％，榆木颗粒的粒径为5-20微米。在本技术方案中，通过在铅膏中添加二氧化硅乳液，使得二氧化硅在铅膏表面形成网状结构，从而保护铅膏晶体，短纤维可以使铅膏的合膏时间大大缩短，原来一般需要合膏4-6小时才能基本均匀，现在只需要2-3小时即可，而且均匀分散的效果更佳，但是当短纤维超过2％时，有一些短纤维开始扎堆，难以分散均匀，使得活性物质粘结时受到影响，给出的电池容量反而下降；
腐植酸可显著提高蓄电池的充电接受能力；乙炔黑可改进活性物质的导电性能，提高活性物质的孔率和改善蓄电池充电接受能力；榆木颗粒的加入可以弥补由于铅酸蓄电池使用过程中负极铅膏木素活性降低而导致蓄电池早起失效现象的不足，使电池使用后期的效能提高，从而延长蓄电池的使用寿命，但是榆木颗粒加入过多则会引起铅酸蓄电池的内阻过大，所以榆木颗粒的含量为0.05-0.3。
作为优选，所述的聚四氟乙烯乳液的质量百分比浓度为15％～85％，聚四氟乙烯固体颗粒粒径为1～15nm。
作为优选，所述的二氧化硅乳液的质量百分比浓度为10％～50％，二氧化硅固体颗粒粒径为1～10nm。
作为优选，所述的硫酸的质量百分比浓度为45％。
一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：
a)a)在合膏机内按配方量加入铅粉、短纤维、榆木颗粒、乙炔黑、腐植酸、硫酸钡和木素磺酸钠，干拌6-8min；
b)向步骤a)的合膏机内边搅拌边加入配方量的二氧化硅乳液、聚四氟乙烯乳液和去离子水，然后继续搅拌4-8min；
c)向步骤b)的合膏机内边搅拌边加入配方量的硫酸，温度50-70℃，继续搅拌7-13min；
d)待铅膏温度低于45℃即可出膏进行涂板。
作为优选，步骤b)中，二氧化硅乳液、聚四氟乙烯乳液和去离子水在1-3min内加入完毕。在本技术方案中，聚四氟乙烯乳液的加入主要是增加活性物质之间以及活性物质与板栅之间的结合力，使负极板在充放电循环过程中体积变化减小，从而提高铅酸蓄电池充电接受能力；二氧化硅乳液的加入是使得二氧化硅在铅膏表面形成网状结构，保护铅膏晶体，减少活性物质因充放电过程中体积膨胀收缩造成的软化、脱落；而去离子水、二氧化硅乳液与聚四氟乙烯乳液在1-3min内加入完毕则是为了让其能够快速的与铅膏混合，保证其能够分散均匀，易于控制使得负极铅膏的分散状态在最佳时进行固化。
作为优选，步骤c)中加硫酸的时间为12-20min。
作为优选，硫酸的密度为1.4g/cm3。
作为优选，合膏过程的温度为60-65℃。
本发明的有益效果是利用该配方及制备工艺制备的铅膏制作的极板组装成蓄电池后，具有深放电能力强，耐过充能力强，循环寿命长的优点。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步的解释：
本发明所用原料均可从市场购得。
短纤维为长度1-5mm的丙纶短纤维；聚四氟乙烯固体颗粒粒径为1～15nm；二氧化硅固体颗粒粒径为1～10nm；榆木颗粒粒径为5-20微米；铅粉可以使岛津式铅粉或巴顿式铅粉。
实施例1
一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：
a)在合膏机内按配方量加入铅粉、短纤维、榆木颗粒、乙炔黑、腐植酸、硫酸钡和木素磺酸钠，干拌6min；(配方见表1)
b)向步骤a)的合膏机内边搅拌边加入配方量的二氧化硅乳液、聚四氟乙烯乳液和去离子水，然后继续搅拌4min；二氧化硅乳液、聚四氟乙烯乳液和去离子水在1min内加入完毕；聚四氟乙烯乳液的质量百分比浓度为15％，二氧化硅乳液的质量百分比浓度为10％；
c)向步骤b)的合膏机内边搅拌边加入配方量的密度为1.4g/cm3的硫酸，温度控制在50℃，加酸时间12min，然后继续搅拌7min；
d)待铅膏温度低于45℃即可出膏进行涂板。
实施例2
一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：
a)在合膏机内按配方量加入铅粉、短纤维、榆木颗粒、乙炔黑、腐植酸、硫酸钡和木素磺酸钠，干拌7min；(配方见表1)
b)向步骤a)的合膏机内边搅拌边加入配方量的二氧化硅乳液、聚四氟乙烯乳液和去离子水，然后继续搅拌5min；二氧化硅乳液、聚四氟乙烯乳液和去离子水在2min内加入完毕；聚四氟乙烯乳液的质量百分比浓度为55％，二氧化硅乳液的质量百分比浓度为30％；
c)向步骤b)的合膏机内边搅拌边加入配方量的密度为1.4g/cm3的硫酸，温度控制在60℃，加酸时间15min，然后继续搅拌10min；
d)待铅膏温度低于45℃即可出膏进行涂板。
实施例3
一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：
a)在合膏机内按配方量加入铅粉、短纤维、榆木颗粒、乙炔黑、腐植酸、硫酸钡和木素磺酸钠，干拌8min；(配方见表1)
b)向步骤a)的合膏机内边搅拌边加入配方量的二氧化硅乳液、聚四氟乙烯乳液和去离子水，然后继续搅拌8min；二氧化硅乳液、聚四氟乙烯乳液和去离子水在3min内加入完毕；聚四氟乙烯乳液的质量百分比浓度为85％，二氧化硅乳液的质量百分比浓度为50％；
c)向步骤b)的合膏机内边搅拌边加入配方量的密度为1.4g/cm3的硫酸，温度控制在70℃，加酸时间20min，然后继续搅拌13min；
d)待铅膏温度低于45℃即可出膏进行涂板。
实施例4，制备工艺的参数与步骤与实施例1相同，不同之处见表1。
实施例5，制备工艺的参数与步骤与实施例1相同，不同之处见表1。
表1、负极铅膏配方
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
铅粉/％ 70 80 90 83 86
硫酸/％ 15 7 2 4.5 2.5
水/％ 8.5 6 5 5.15 7.1
短纤维/％ 2 0.1 0.05 0.15 0.05
乙炔黑/％ 0.5 0.3 0.2 0.4 0.2
腐植酸/％ 0.5 0.3 0.2 0.4 0.25
硫酸钡/％ 1.2 0.5 0.1 0.6 0.3
木素磺酸钠/％ 0.4 0.3 0.1 0.2 0.1
榆木颗粒/％ 0.3 0.1 0.05 0.1 0.2
二氧化硅乳液/％ 1.5 0.4 0.1 0.5 0.3
聚四氟乙烯乳液/％ 0.1 5 2.2 5 3
将实施例1-5得到的负极铅膏制造成铅酸蓄电池负极板，然后制成铅酸蓄电池，对制成的铅酸蓄电池进行20h率的容量测试，测试的具体设置包括：放电电流为5A，终止电压为10.5V，开路电压为12.9V，放电时间为20.6h，放电容量为103Ah；然后对处于满荷状态的铅酸蓄电池进行充电接受能力测试，测试方法具体包括：先使用铅酸蓄电池放电，放电制度为0.1C20A放电至终止电压10.5V，测试放电容量，然后进行充电，充电制度为0.1C20A恒流限压14.1V充电，直至3h不变为止，测量充电容量，以该次充电容量与前次放电容量的比值，即充电效率系数作为充电接受能力的标志，测试数据见表2。
表2、检测数据
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
放电容量/Ah 140.7 142.3 145.4 143.5 141.3
充电容量/Ah 183.9 199.4 210.1 187.6 195.1
充电效率系数/％ 130.7 140.1 144.5 130.7 138.1
由表2可以看出本发明制备的负极铅膏制成的铅酸蓄电池具有较好的充电接受能力，利于应用。
本发明制备铅膏的工艺，制造成电池，电池耐循环寿命明显提高，电池初期容量充足，浅充深放、过充浅放叠加循环寿命在1600次以上，极板表面未出现白花或者泥化现象。

Claims (5)

1.一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏的制备工艺，其特征在于，负极铅膏包括以下组份，各组份的重量百分比为：铅粉70-90%、硫酸2-15%、水5-8.5%、短纤维0.05-2%、乙炔黑0.2-0.5%、腐植酸0.2-0.5%、硫酸钡0.1-1.2%、木素磺酸钠0.1-0.4%、榆木颗粒0.05-0.3%、二氧化硅乳液0.1-1.5%与聚四氟乙烯乳液0.1-5%，榆木颗粒的粒径为5-20微米；所述的聚四氟乙烯乳液的质量百分比浓度为15%～85%，聚四氟乙烯固体颗粒粒径为1～15nm；所述的二氧化硅乳液的质量百分比浓度为10%～50%，二氧化硅固体颗粒粒径为1～10 nm；所述的硫酸的质量百分比浓度为45%；所述负极铅膏的制备工艺包括以下步骤：
a）在合膏机内按配方量加入铅粉、短纤维、榆木颗粒、乙炔黑、腐植酸、硫酸钡和木素磺酸钠，干拌6-8min；
b）向步骤a）的合膏机内边搅拌边加入配方量的二氧化硅乳液、聚四氟乙烯乳液和去离子水，然后继续搅拌4-8min；
c）向步骤b）的合膏机内边搅拌边加入配方量的硫酸，温度50-70℃，继续搅拌7-13min；
d）待铅膏温度低于45℃即可出膏进行涂板。
2.根据权利要求1所述的一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏的制备工艺，其特征在于，步骤b）中，二氧化硅乳液、聚四氟乙烯乳液和去离子水在1-3min内加入完毕。
3.根据权利要求1所述的一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏的制备工艺，其特征在于，步骤c）中加硫酸的时间为12-20min。
4.根据权利要求1所述的一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏的制备工艺，其特征在于，硫酸的密度为1.4g/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种耐深循环铅酸蓄电池负极铅膏的制备工艺，其特征在于，合膏过程的温度为60-65℃。
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