CN105070920A

CN105070920A - 一种耐高低温长寿命铅酸蓄电池

Info

Publication number: CN105070920A
Application number: CN201510606340.3A
Authority: CN
Inventors: 郑春风; 张新斌; 简莉华
Original assignee: Guangzhou Fengjiang Industrial Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Fengjiang Industrial Co Ltd
Priority date: 2015-09-22
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2015-11-18

Abstract

本发明提出了一种耐高低温长寿命铅酸蓄电池，包括板栅及其零部件、铅膏、外壳，所述板栅及其零部件包括正极板栅及其零部件和负极板栅及其零部件，所述正极板栅及其零部件采用铅、钙、锡、铝、银五元合金，采用加厚极板设计；正负铅膏配方中添加增加导电能力的碳纤维，保证电池在低温下能正常充电，满足系统放电需求；另外池壳和上盖采用耐高低温的PPE材料，该发明可使电池耐高低温性能提高并延长电池的使用寿命，更适合于高温和低温这种环境恶劣场所的应用。

Description

一种耐高低温长寿命铅酸蓄电池

技术领域

本发明涉及一种耐高低温长寿命铅酸蓄电池，主要应用于通信基站、电力、IDC机房、太阳能、风能储能、银行等场所，作为化学电源使用。

背景技术

因为储存太阳能、风能的蓄电池长期暴露在外，普通铅酸无法适应多变的天气环境，尤其是高低温失水和低温硫化现象以及高温导致的鼓胀变形等易导致电池报废，这已成为行业的技术瓶颈。另外对于偏远基站，温差较大的沙漠无人值守的偏远基站，北方超低温环境等，一般普通的铅酸蓄电池都不能满足市场需求。而在一般的通信基站和机房内，因电源设备及电池在使用过程中均会产生大量的热，为保证电池的使用寿命，基站与机房内均配有空调设施以保证电池环境温度在25℃左右（一般不超过28℃）。空调长期开放，将耗费巨大的电力资源，如将通信基站中电池的工作环境提高10℃，则基站空调电耗可降低60%～80%，经济效益显着。因此，设计可在-20℃～60℃的范围内正常浮充使用的高低温长寿命电池，有助于推动应用行业的节能减排，推进节能项目的示范应用以及新产品、新技术、新设备、新材料的推广应用，实现应用行业的可持续发展。

影响电池高低温性能的因素很多，主要包括：电池板栅合金以及零部件组成、板栅厚度设计、正负极铅膏配方、极群的装配压力、壳体材料等。实践表明：现有铅酸蓄电池在材料、配方、工艺、结构等方面均有一定缺陷，不能满足高温环境下（60℃左右）、低温（-20°C）、长寿命使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能满足高温60°C，低温-20°C的恶劣环境使用，具有长寿命的耐高低温长寿命铅酸蓄电池。

本发明的技术方案是：一种耐高低温长寿命铅酸蓄电池，包括板栅及其零部件、铅膏、外壳，所述板栅及其零部件包括正极板栅及其零部件和负极板栅及其零部件，所述正极板栅及其零部件包括铅、钙、锡、铝、银五元合金，按重量百分比，各成分含量为：钙0.04%～0.09%，锡1.3%～6%，铝0.002%～0.035%，银0.03%～0.12%，其余为铅。

进一步，所述铅膏包括正极铅膏和负极铅膏，所述正极铅膏中添加重量百分比为0.3%～1.5%的三氧化二锆，0.5%～2.0%的碳纤维，所述负极铅膏中添加重量百分比为0.10%～0.40%木质素、0.5%～2.0%的碳纤维和0.5%～1.4%的超细硫酸钡。

进一步，所述正极板栅设计厚度在4.0～6.0mm。

进一步，所述外壳采用耐高低温的无卤阻燃改性聚苯醚PPE材料。

本发明的所述耐高低温长寿命铅酸蓄电池，所述正极板栅及其零部件采用五元合金，即铅钙锡铝合金，其中添加的元素银，金属银是一种变晶剂，加入铅钙合金中可以起到细化Pb₃Ca晶粒的作用，从而使结晶颗粒尺寸减小，形成的腐蚀膜结构致密，能够有效抑制硫酸与反应物膜下金属的进一步反应，从而减缓合金的腐蚀速度；

电池的浮充寿命与板栅的合金成分有关，也和板栅的厚度和制造工艺有直接的关系，而在高低温的环境下腐蚀速度会加倍，因此，为了制造更长寿命的铅酸电池，在调整板栅合金的同时我们将板栅的厚度设计在4.0～6.0mm。

所述耐高低温长寿命铅酸蓄电池的所述正极铅膏中添加稀土氧化物三氧化二锆（Zr₂O₃），可以显著提高正极的吸氧过电位，减少副反应的发生，从而降低电池热量的产生和失水速度；

所述耐高低温长寿命铅酸蓄电池的所述正负极铅膏中添加了碳纤维，试验表明，当环境温度较低时，电池充电接受能力会降低。而碳纤维的加入可以在活性物质中构建导电网络，有利于电流在活性物质中的传导，提高活性物质利用率、改善电池在低温环境的充电接受能力。此外正极活性物质机械强度较差，容易软化、脱落，这对蓄电池十分不利。而碳纤维的抗拉强度较高，抗蠕变，能够减轻PbO₂电极在充放电过程中因体积变化较大而引起的变形问题。

所述耐高低温长寿命铅酸蓄电池在所述负极铅膏中使用了耐高温的混和膨胀剂（硫酸钡和木质素），可以有效地防止在高温条件下，膨胀剂在电解液中析出和有机膨胀剂的氧化失效；

所述耐高低温长寿命铅酸蓄电池其外壳材料使用耐高温的无卤阻燃改性聚苯醚PPE材料。试验表明，此材料在高温90°C时也不会发生形变，并且所述外壳为无卤改性聚苯醚，因此在高温情况下不会有卤素析出，使用寿命长，安全性更高。

所述耐高低温长寿命铅酸蓄电池设计采用高压缩力的极群，使极群在使用期间具备一定的装配压力，以提高电池的深循环性能和使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明耐高低温长寿命铅酸蓄电池结构示意图；

图中，1-上盖，2-中盖，3-隔板，4-板栅，5-铅膏，6-极板。

具体实施方式

下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

1、板栅4中的正板栅使用铅钙锡铝银五元合金，钙0.06%，锡3%，铝0.020%，银0.05%，其余为铅。铅膏5中的正极铅膏在现有正极铅膏中添加1.0%（重量百分含量，下同）的超细稀土氧化物Zr₂O₃，添加1.2%的碳纤维，将干粉预混合40min～50min后再加水、加酸进行湿混；负极铅膏在现有负极铅膏中添加0.25%的木质素、1.2%的碳纤维和1.1%的无机膨胀剂超细硫酸钡，板栅涂膏后制成极板6。

2、将固化、干燥好的正负极板按照8正9负，同隔板3组群，合计装配2V300Ah电池22只。极群在专用打包机上预压，设定装配压力70kPa；

3、打包好的极群装入壳体2与上盖1材料选用耐高温的PPE材料的池壳内；

4、其他未涉及工序与正常铅酸蓄电池生产工艺一致。

5、电池检测：

a.45℃，60%DOD循环：取6只电池串联，在45℃的环境下，按照2.35V/只恒压，限流60A充电8h，以60A恒流放电4h为一个循环。高低温电池合计循环1670次，同时进行循环对比的普通电池在850次左右结束。试验测试数据表明高低温电池的高低温深循环性能为普通电池的1.96倍。

b.60℃，加速浮充寿命测试：取6只电池，在60℃的环境下，按照2.23V/只恒压，限流30A充电30天为一个周期，浮充结束后进行容量检查。高低温电池进行了21次大循环，同时进行循环对比的普通电池11次结束，高低温电池的高温浮充性能为普通电池的1.9倍。

c.-10℃，低温容量测试：取6只电池，放置在-10°C下静置24h，以30A恒电流放电至1.80V/单格，然后以2.35V/只每只恒压，限流60A充电24h，循环3次。结果表明，高低温电池放电容量最高值为266.1Ah，而普通铅酸电池最高值为240.6Ah，高低温电池的低温性能比普通电池高10%左右。

d.-20℃，低温容量测试：取6只电池，放置在-20°C下静置24h，以30A恒电流放电至1.80V/单格，然后以2.35V/只每只恒压，限流60A充电24h，循环3次。结果表明，高低温电池放电容量最高为163.8Ah，而普通铅酸电池最高为135.2Ah，高低温电池的低温性能比普通电池高21%左右。

e.充电接受能力试验：取3只电池完全充电后以30A放电5h，然后放入0℃环境中放置20h，取出后1min内用恒压2.35V充电，经10min中后，高低温电池最大电流值为93.5A，而普通蓄电池为65.7A，高低温电池的充电接受能力比普通电池高出42%。

衡量电池高温性能，主要有两个关键指标——高温加速浮充寿命和高温深循环寿命，高低温电池的检测数据均明显优于普通电池，这说明，通过新材料、新工艺、新结构的应用，可以显著提高铅酸蓄电池的高温深循环性能，延长电池的使用寿命。

衡量电池低温性能，主要有两个关键指标——低温放电容量和充电接受能力，高低温电池的检测数据均明显优于普通电池，这说明，通过新材料、新工艺、新结构的应用，可以显著提高铅酸蓄电池充电接受能力，提高电池的放电性能。

实施例二：以最为通用的型号2V500Ah电池为例：

正极板栅银含量为合金总重量的0.05%，正极铅膏配方中的Zr2O3比例为1.0%，其余工艺参照实施例一，进行小批量试制，合计装配104只2V500Ah电池。与普通的同型号电池相比，电池的容量及一致性均好于普通电池。60℃高温浮充已进行15次，容量下降5.3%，预计大循环次数将达到22次左右；45℃，60%DOD高低温浮充已进行1350次，容量衰减2.1%，预计循环次数解接近2200次，产品检测情况与实施例一中高低温电池性能基本一致，产品的高温性能表现也较为优异。

实施例三

正极板栅中，钙0.04%，锡6%，铝0.002%，银0.03%，其余为铅，正极铅膏配方中的Zr₂O₃比例为0.3%，添加0.5%的碳纤维，负极铅膏在现有负极铅膏中添加0.1%的木质素、0.5%的碳纤维和0.5%的无机膨胀剂超细硫酸钡，其余工艺参照实施例一，各项结果表现优异。

实施例四

正极板栅中，钙0.09%，锡1.3%，铝0.035%，银0.12%，其余为铅，正极铅膏配方中的Zr₂O₃比例为1.5%，添加2%的碳纤维，负极铅膏在现有负极铅膏中添加0.4%的木质素、2%的碳纤维和1.4%的无机膨胀剂超细硫酸钡，其余工艺参照实施例一，各项结果表现优异。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种耐高低温长寿命铅酸蓄电池，包括板栅及其零部件、铅膏、外壳，其特征在于：所述板栅及其零部件包括正极板栅及其零部件和负极板栅及其零部件，所述正极板栅及其零部件包括铅、钙、锡、铝、银五元合金，按重量百分比，各成分含量为：钙0.04%～0.09%，锡1.3%～6%，铝0.002%～0.035%，银0.03%～0.12%，其余为铅。

2.如权利要求1中所述耐高低温长寿命铅酸蓄电池，其特征在于：所述铅膏包括正极铅膏和负极铅膏，所述正极铅膏中添加重量百分比为0.3%～1.5%的三氧化二锆，0.5%～2.0%的碳纤维。

3.如权利要求1中所述耐高低温长寿命铅酸蓄电池，其特征在于：所述铅膏包括正极铅膏和负极铅膏，所述负极铅膏中添加重量百分比为0.10%～0.40%木质素、0.5%～2.0%的碳纤维和0.5%～1.4%的超细硫酸钡。

4.如权利要求1中所述耐高低温长寿命铅酸蓄电池，其特征在于：所述正极板栅设计厚度在4.0～6.0mm。

5.如权利要求1中所述耐高低温长寿命铅酸蓄电池，其特征在于：所述外壳采用耐高低温的无卤阻燃改性聚苯醚PPE材料。

6.如权利要求1中所述耐高温长寿命铅蓄电池，其特征在于：所述耐高低温长寿命铅酸蓄电池设计采用高压缩力的极群。