CN105024083B - 一种铅酸蓄电池铅碳正极板栅的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铅酸蓄电池铅碳正极板栅的制备方法，将适量木屑置于马弗炉中进行碳化，取出研磨后制得活性炭；将所制得的活性炭与适量PVDF粘接剂加入到球磨罐中制备得到炭浆；在常规真空感应炉中，加入铜块、钙和铝块并搅拌均匀，得到铜钙铝合金液；在高温熔炉中将所述铜钙铝合金液搅拌，再依次加入铅、锡和硒，并搅拌至混合均匀制备得到铅合金；将1/2混合好的铅合金倒入模具槽内，然后沿所述模具槽的中间线匀速注入所制备的炭浆，再将剩下的铅合金沿所述模具槽的两边同时注入，待冷却后得到所述铅碳正极板栅。所制备的板栅质量轻，质量比能量高，生产成本低，而且耐腐蚀性能好，析氧过电位高，从而使得铅酸蓄电池的循环寿命高。
Description
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，尤其涉及一种铅酸蓄电池铅碳正极板栅的制备方法。
背景技术
目前，铅酸蓄电池的总产值为全部化学电源总产值的一半，铅酸蓄电池因其大电流放电性能在电动汽车、混合动力车、通讯基础设施以及太阳能电池中得到广泛应用；铅酸电池因工艺成熟，具有容量大、安全性好、成本低、可回收等特点，未来仍将在化学电源中占主体地位，而板栅作为铅酸蓄电池的核心组件，对铅酸蓄电池的性能有着关键性的影响。
现有技术中，铅酸蓄电池中的正极板栅常用的是铅钙板栅，传统铅酸蓄电池存在着质量比能量低、循环寿命短、容量保持率低等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种铅酸蓄电池铅碳正极板栅的制备方法，所制备的板栅质量轻，质量比能量高，生产成本低，而且耐腐蚀性能好，析氧过电位高，从而使得铅酸蓄电池的循环寿命高。
一种铅酸蓄电池铅碳正极板栅的制备方法，所述制备方法包括：
步骤1、将适量木屑置于马弗炉中进行碳化，取出研磨后收集粉末，再活化制得活性炭；
步骤2、将所制得的活性炭与适量PVDF粘接剂加入到球磨罐中，搅拌至混合均匀，再往所述球磨罐中缓慢滴加N-甲基吡咯烷酮溶剂后继续搅拌，制备得到炭浆；
步骤3、在常规真空感应炉中，加入铜块并熔化，再加入钙继续搅拌，待钙熔化后继续搅拌至混合均匀，然后再加入铝块并将其熔化搅拌均匀，得到铜钙铝合金液；
步骤4、在高温熔炉中将所述铜钙铝合金液搅拌，再依次加入铅、锡和硒，并搅拌至混合均匀，再捞出表面浮渣，即可制备得到铅合金；
步骤5、在真空条件下，将1/2混合好的铅合金倒入模具槽内，然后沿所述模具槽的中间线匀速注入所制备的炭浆，再将剩下的铅合金沿所述模具槽的两边同时注入，待冷却后得到所述铅碳正极板栅。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，所制备的板栅质量轻，质量比能量高，生产成本低，而且耐腐蚀性能好，析氧过电位高，从而使得铅酸蓄电池的循环寿命高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供铅酸蓄电池铅碳正极板栅的制备方法流程示意图；
图2为铅合金和铅碳合金阳极极化曲线对比示意图；
图3为铅合金板栅电池和铅碳合金板栅电池的循环寿命对比示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例所述铅碳正极板栅是由活性炭和铅合金组成。下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供铅酸蓄电池铅碳正极板栅的制备方法流程示意图，所述制备方法包括：
步骤1、将适量木屑置于马弗炉中进行碳化，取出研磨后收集粉末，再活化制得活性炭；
在该步骤中，具体可以将适量木屑置于马弗炉中，在800℃下碳化10小时，然后取出研磨，并收集200目下的粉末，再活化制得活性炭。
步骤2、将所制得的活性炭与适量PVDF粘接剂加入到球磨罐中，搅拌至混合均匀，再往所述球磨罐中缓慢滴加N-甲基吡咯烷酮溶剂后继续搅拌，制备得到炭浆；
在该步骤中，可以将活性炭与适量聚偏氟乙烯PVDF粘接剂同时加入球磨罐中，搅拌6～8min直至混合均匀，再往球磨罐中缓慢滴加N-甲基吡咯烷酮溶剂继续搅拌3～4min，直至形成稠度合适能流动的浆状物质，将制好的炭浆收集，密封，以备后用。
步骤3、在常规真空感应炉中，加入铜块并熔化，再加入钙继续搅拌，待钙熔化后继续搅拌至混合均匀，然后再加入铝块并将其熔化搅拌均匀，得到铜钙铝合金液；
在该步骤中，具体工艺过程为：在常规真空感应炉中，在氮气保护下升温至1200℃，真空度为小于0.15Pa，加入铜块，待熔化后再加入钙，搅拌，待钙熔化后继续搅拌7～9min直至混合均匀，将温度降至660～700℃，加入铝块并将其熔化搅拌均匀，停止通氮气，将得到的铜钙铝合金液真空出炉，待用。
步骤4、在高温熔炉中将所述铜钙铝合金液搅拌，再依次加入铅、锡和硒，并搅拌至混合均匀，再捞出表面浮渣，即可制备得到铅合金；
在该步骤中，具体工艺过程为：在500℃的高温熔炉中熔制铅锡硒合金，升温到800℃，将铜钙铝合金熔化搅拌3～4min，加入铅，搅拌至混合均匀，然后将温度降至600～680℃，加入锡块，搅拌5～8min，待完全混合后，再加入硒，搅拌均匀，将温度降至400～420℃，捞出表面浮渣，即可完成铅合金的制备。
步骤5、在真空条件下，将1/2混合好的铅合金倒入模具槽内，然后沿所述模具槽的中间线匀速注入所制备的炭浆，再将剩下的铅合金沿所述模具槽的两边同时注入，待冷却后得到所述铅碳正极板栅。
上述制备工艺中所提供的金属，在无明确说明情况下，均指纯度为99.9％及以上的金属；而所制备的铅碳正极板栅中各组分的质量百分比含量范围为：
活性炭：12％～16％、钙：0.07％～0.09％、锡：0.25％～1.3％、铝：0.01％～0.03％、铜：0.02％～0.03％、硒：0.02％～0.06％、铅：余量；上述各组分的质量百分比之和为百分之百。
进一步的，所制备的铅碳正极板栅中各组分的质量百分比含量优选为：
活性炭12.3％、钙0.089％、锡0.54％、铝0.015％、铜0.28％、硒0.02％、余量为铅；
或，活性炭14.2％、钙0.081％、锡0.065％、铝0.023％、铜0.024％、硒0.02％、余量为铅；
或，活性炭15.8％、钙0.07％、锡0.82％、铝0.03％、铜0.02％、硒0.02％、余量为铅；
上述各部分质量百分比之和为百分之百。
通过上述的制备方法，由于活性炭的加入明显减少了铅的使用量，减小了板栅重量，提高了蓄电池的质量比能量，也降低了生产成本。而且铅碳正极板栅的析氧过电位要比普通铅合金板栅的要高，如图2所示为铅合金和铅碳合金阳极极化曲线对比示意图，对图2作E-logI曲线，并对其进行线性拟合，可求得各电极上的动力学参数E，铅合金板栅E1为1.7680，而铅碳合金板栅的E2为1.8054,常数E为电流密度等于1A/cm2时的析氧过电位，代表析氧反应的难易程度。
如图3所示为铅合金板栅电池和铅碳合金板栅电池的循环寿命对比示意图，图中电池经过50次循环，铅合金板栅形成的电池其容量保持率为72.9％，而铅碳合金板栅电池的容量保持率为87％，容量保持率提高了14.1％，由此可见，铅碳电池比普能电池的循环寿命和容量保持率要高。
具体实现中，在铅钙合金中，钙原子会进入铅基质中，改变合金的部分晶胞常数，使合金晶格发生畸变，从而提高了合金的硬度；锡可以改善腐蚀层与正极活性物质之间的接触并增加腐蚀层的导电性来抑制早期容量损失现象；铝可以保护钙不被氧化；铜有利于变晶和成核，降低合金液的出渣率；硒可以使合金表面张力减小，对模具更有亲和力，易于脱模。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种铅酸蓄电池铅碳正极板栅的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤1、将适量木屑置于马弗炉中进行碳化，取出研磨后收集粉末，再活化制得活性炭；
步骤2、将所制得的活性炭与适量聚偏氟乙烯PVDF粘接剂加入到球磨罐中，搅拌至混合均匀，再往所述球磨罐中缓慢滴加N-甲基吡咯烷酮溶剂后继续搅拌，制备得到炭浆；
步骤3、在常规真空感应炉中，加入铜块并熔化，再加入钙继续搅拌，待钙熔化后继续搅拌至混合均匀，然后再加入铝块并将其熔化搅拌均匀，得到铜钙铝合金液；
步骤4、在高温熔炉中将所述铜钙铝合金液搅拌，再依次加入铅、锡和硒，并搅拌至混合均匀，再捞出表面浮渣，即可制备得到铅合金；
步骤5、在真空条件下，将1/2混合好的铅合金倒入模具槽内，然后沿所述模具槽的中间线匀速注入所制备的炭浆，再将剩下的铅合金沿所述模具槽的两边同时注入，待冷却后得到所述铅碳正极板栅；
其中，所制备的铅碳正极板栅中各组分的质量百分比含量为：
活性炭：12％～16％、钙：0.07％～0.09％、锡：0.25％～1.3％、铝：0.01％～0.03％、铜：0.02％～0.03％、硒：0.02％～0.06％、铅：余量；
上述各组分的质量百分比之和为百分之百。
2.根据权利要求1所述铅酸蓄电池铅碳正极板栅的制备方法，其特征在于，所制备的铅碳正极板栅中各组分的质量百分比含量具体为：
活性炭12.3％、钙0.089％、锡0.54％、铝0.015％、铜0.28％、硒0.02％、余量为铅；
或，活性炭14.2％、钙0.081％、锡0.065％、铝0.023％、铜0.024％、硒0.02％、余量为铅；
或，活性炭15.8％、钙0.07％、锡0.82％、铝0.03％、铜0.02％、硒0.02％、余量为铅。
3.根据权利要求1所述铅酸蓄电池铅碳正极板栅的制备方法，其特征在于，所述步骤3的具体工艺过程为：
在常规真空感应炉中，在氮气保护下升温至1200℃，真空度小于0.15Pa，加入铜块，待熔化后再加入钙搅拌，待钙熔化后继续搅拌7～9min直至混合均匀；
将温度降至660～700℃，加入铝块并将其熔化搅拌均匀，停止通氮气，将得到的铜钙铝合金液真空出炉，待用。
4.根据权利要求1所述铅酸蓄电池铅碳正极板栅的制备方法，其特征在于，所述步骤4的具体工艺过程为：
在500℃的高温熔炉中熔制铅锡硒合金，升温到800℃，将所述铜钙铝合金液搅拌3～4min，加入铅，搅拌至混合均匀；
将温度降至600～680℃，加入锡块，搅拌5～8min，待完全混合后，再加入硒，搅拌均匀；
将温度降至400～420℃，捞出表面浮渣，即可制备得到铅合金。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170616 |