CN105206830A - 一种深循环铅酸电池负极铅膏及制备方法 - Google Patents

一种深循环铅酸电池负极铅膏及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种深循环铅酸电池负极铅膏及其制备方法。所述负极铅膏包含以下重量份数的成分：铅粉100份，短纤维0.05-0.12份，硫酸钡0.4-1.4份，活性炭0.05-0.25份，挪威木素HT-1/I0.05-0.12份，因杜林0.08-0.15份，硫酸7-12份，聚乙烯吡咯烷酮0.02-0.10份和去离子水10.0-12.5份。采用该负极铅膏所制备的铅酸电池具有比能量高、深放电后充电接受能力好、循环寿命长的优点。

Description

一种深循环铅酸电池负极铅膏及制备方法
技术领域
本发明属于铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种深循环铅酸电池负极铅膏及其制备方法。
背景技术
为了减少废气排放改善空气质量，车辆增加使用电力驱动从而减少燃油驱动已逐渐成为趋势。对铅酸电池的要求也发生了变化。一个趋势就是电池使用中放电深度逐步增加。
现有深循环铅酸电池具有：1，比能量低；2，深放电后电池充电接受能力差；3，循环寿命低的缺点。正负极板是铅酸蓄电池最关键的部件，正负极板的质量直接决定铅酸蓄电池的放电容量和充放循环使用寿命。专利CN103390749A公开了一种用于制造铅酸蓄电池负极板的铅膏组合物，包含：10.5%～11.5%的水；11.5%～12.5%的稀硫酸；0.7%～0.9%的硫酸钡；0.2%～0.3%的炭黑；0.07%～0.09%的短纤维；0.4%～1.6%的硫酸镓或硫酸锗；铅粉；所述水、稀硫酸、硫酸钡、炭黑、短纤维和所述硫酸镓或硫酸锗的重量百分比以铅粉的重量为基准。该发明添加所述硫酸镓或硫酸锗，能抑制铅粒生长，易形成混晶，有效地防止大电流放电时电极表面致密钝化现象，大幅度延长蓄电池大电流放电循环寿命。专利CN103337624A公开了一种抑制析氢的铅酸蓄电池负极铅膏及制备方法，其技术方案是：所述铅膏固体原料由下述重量单位的物质制成：铅粉100、碳源1～3、锌源0.15～1.0、硫酸钡0.3～2、木素磺酸钠0.1～0.5、纤维0.01～0.5。该发明在负极铅膏添加一定的含锌化合物和不同类型的碳，改善铅负极材料的粒径大小及微观结构，从而达到提高铅酸电池的容量，提高充电接受能力，以及增加充放电循环稳定性的目的。虽然上述专利所的负极铅膏各具优点，但在铅酸电池深放电后电池的接受能力及深循环方面还存在不足。
因此，需要开发一种深循环铅酸电池负极铅膏以解决现有深循环铅酸电池比能量低，深放电后电池充电接受能力差以及循环寿命低等缺点。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中，针对现有深循环铅酸电池比能量低，深放电后电池充电接受能力差，循环寿命低等问题，提供一种深循环铅酸电池负极铅膏及其制备方法。
本发明的技术方案是：一种深循环铅酸电池负极铅膏，包含以下重量份数的成分：
铅粉　　　　　　100份，
短纤维　　　　　0.05-0.12份，
硫酸钡　　　　　0.4-1.4份，
活性炭　　　　　0.05-0.25份，
挪威木素HT-1/I0.05-0.12份，
因杜林　　　　　0.08-0.15份，
硫酸7-12份，
去离子水　　　　10.0-12.5份。
优选的，所述负极铅膏还包含0.02-0.10份的聚乙烯吡咯烷酮。
优选的，所述铅粉为含PbO的铅粉，PbO的含量为70-80wt%。
优选的，所述铅粉为含PbO的铅粉，PbO的含量为76wt%。
优选的，所述短纤维为尼龙、腈纶和涤纶中的一种或多种，短纤维的长度为0.5-1mm。
优选的，所述活性碳的比表面积在2000-2500m2/g。
优选的，所述硫酸的密度为1.34-1.40g/ml。
一种深循环铅酸电池负极铅膏，包含以下重量份数的成分：
铅粉　　　　　　100份，
短纤维　　　　　0.1份，
硫酸钡　　　　　0.5份，
活性炭　　　　　0.1份，
挪威木素HT-1/I0.05份，
因杜林　　　　　0.15份，
硫酸9.5份，
聚乙烯吡咯烷酮0.08份，
去离子水　　　　12份。
一种深循环环铅酸电池负极铅膏的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中，加入活性炭和挪威木素HT-1/I，混合搅拌15-20分钟，得到混合物I；
（2）将短纤维、硫酸钡和因杜林干混，并搅拌1-3分钟使之搅拌均匀，加入至上述混合物I，搅拌均匀，得到混合物II；
（3）将铅粉加入上述混合物II，混合搅拌3-5分钟，得混合物III；
（4）在1-3分钟内加入剩余的去离子水并搅拌均匀；
（5）在10-20分钟内加入配方量的硫酸溶液，搅拌混合均匀，得到深循环负极铅膏。
优选的，所述步骤（1）中去离子水的量为聚乙烯吡咯烷酮质量的15-20倍。
优选的，所述步骤（5）的温度控制在20-62℃。
优选的，所述步骤（5）的温度控制在20-40℃。
优选的，所述负极铅膏的视密度为4.2-4.5g/ml。
采用上述所制备的铅酸电池负极制备铅酸电池，制备方法包括以下步骤：选择常规配方制备的正极板作为铅酸电池的正极板，选择所述的铅酸电池负极板作为负极板，以密度为1.28cm3/g硫酸为电解液，以市售的相应大小的电池槽为电池槽体，按照正极-隔膜-负极方式组装到电池槽中，再往电池槽体中注入电解液，组装成铅酸电池。
本发明的有益效果是：提供一种深循环铅酸电池负极铅膏的制备方法，采用该负极铅膏所制备的铅酸电池具有比能量高、深放电后充电接受能力好、循环寿命长的优点。
具体实施方式
实施例1
一种深循环铅酸电池负极铅膏，包含以下重量份数的成分：
铅粉　　　　　　100份，
尼龙　　　　0.05份，
硫酸钡　　　　　0.4份，
活性炭　　　　　0.05份，
挪威木素HT-1/I0.05份，
因杜林　　　　　0.08份，
硫酸7份，
聚乙烯吡咯烷酮0.02份，
去离子水　　　　10.0份；
其中，所述铅粉为含PbO的铅粉，PbO的含量为70wt%；短纤维的长度为0.5-1mm；所述活性碳的比表面积在2000-2500m2/g；所述硫酸的密度为1.34g/ml；
根据上述负极铅膏的配比，作如下制备：
（1）将聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中，加入活性炭和挪威木素HT-1/I，混合搅拌15-20分钟，得到混合物I；
（2）将短纤维、硫酸钡和因杜林干混，并搅拌1-3分钟使之搅拌均匀，加入至上述混合物I，搅拌均匀，得到混合物II；
（3）将铅粉加入上述混合物II，混合搅拌3-5分钟，得混合物III；
（4）在1-3分钟内加入剩余的去离子水并搅拌均匀；
（5）在10-20分钟内加入配方量的硫酸溶液，搅拌混合均匀，得到深循环负极铅膏；
其中，所述步骤（1）中去离子水的量为聚乙烯吡咯烷酮质量的15倍；所述步骤（5）的温度控制在20-40℃。
实施例2
一种深循环铅酸电池负极铅膏，包含以下重量份数的成分：
铅粉　　　　　　100份，
腈纶　　　　　0.1份，
硫酸钡　　　　　0.5份，
活性炭　　　　　0.1份，
挪威木素HT-1/I0.05份，
因杜林　　　　　0.15份，
硫酸9.5份，
聚乙烯吡咯烷酮0.08份，
去离子水　　　　12份；
其中，所述铅粉为含PbO的铅粉，PbO的含量为76wt%；短纤维的长度为0.5-1mm；所述活性碳的比表面积在2000-2500m2/g；所述硫酸的密度为1.37g/ml；
根据上述负极铅膏的配比，作如下制备：
（1）将聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中，加入活性炭和挪威木素HT-1/I，混合搅拌15-20分钟，得到混合物I；
（2）将短纤维、硫酸钡和因杜林干混，并搅拌1-3分钟使之搅拌均匀，加入至上述混合物I，搅拌均匀，得到混合物II；
（3）将铅粉加入上述混合物II，混合搅拌3-5分钟，得混合物III；
（4）在1-3分钟内加入剩余的去离子水并搅拌均匀；
（5）在10-20分钟内加入配方量的硫酸溶液，搅拌混合均匀，得到深循环负极铅膏；
其中，所述步骤（1）中去离子水的量为聚乙烯吡咯烷酮质量的18倍；所述步骤（5）的温度控制在20-40℃。
实施例3
一种深循环铅酸电池负极铅膏，包含以下重量份数的成分：
铅粉　　　　　　100份，
涤纶　　　　　0.12份，
硫酸钡　　　　　1.4份，
活性炭　　　　　0.25份，
挪威木素HT-1/I0.12份，
因杜林　　　　　0.15份，
硫酸12份，
聚乙烯吡咯烷酮0.10份，
去离子水　　　　12.5份；
其中，所述铅粉为含PbO的铅粉，PbO的含量为80wt%；短纤维的长度为0.5-1mm；所述活性碳的比表面积在2000-2500m2/g；所述硫酸的密度为1.40g/ml；
根据上述负极铅膏的配比，作如下制备：
（1）将聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中，加入活性炭和挪威木素HT-1/I，混合搅拌15-20分钟，得到混合物I；
（2）将短纤维、硫酸钡和因杜林干混，并搅拌1-3分钟使之搅拌均匀，加入至上述混合物I，搅拌均匀，得到混合物II；
（3）将铅粉加入上述混合物II，混合搅拌3-5分钟，得混合物III；
（4）在1-3分钟内加入剩余的去离子水并搅拌均匀；
（5）在10-20分钟内加入配方量的硫酸溶液，搅拌混合均匀，得到深循环负极铅膏；
其中，所述步骤（1）中去离子水的量为聚乙烯吡咯烷酮质量的20倍；所述步骤（5）的温度控制在20-40℃。
实施例4
一种深循环铅酸电池负极铅膏，包含以下重量份数的成分：
铅粉　　　　　　100份，
腈纶　　　　　0.1份，
硫酸钡　　　　　0.5份，
活性炭　　　　　0.1份，
挪威木素HT-1/I0.05份，
硫酸9.5份，
聚乙烯吡咯烷酮0.08份，
去离子水　　　　12份；
其中，所述铅粉为含PbO的铅粉，PbO的含量为76wt%；短纤维的长度为0.5-1mm；所述活性碳的比表面积在2000-2500m2/g；所述硫酸的密度为1.37g/ml；
根据上述负极铅膏的配比，作如下制备：
（1）将聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中，加入活性炭和挪威木素HT-1/I，混合搅拌15-20分钟，得到混合物I；
（2）将短纤维和硫酸钡干混，并搅拌1-3分钟使之搅拌均匀，加入至上述混合物I，搅拌均匀，得到混合物II；
（3）将铅粉加入上述混合物II，混合搅拌3-5分钟，得混合物III；
（4）在1-3分钟内加入剩余的去离子水并搅拌均匀；
（5）在10-20分钟内加入配方量的硫酸溶液，搅拌混合均匀，得到深循环负极铅膏；
其中，所述步骤（1）中去离子水的量为聚乙烯吡咯烷酮质量的18倍；所述步骤（5）的温度控制在20-40℃。
实施例5
一种深循环铅酸电池负极铅膏，包含以下重量份数的成分：
铅粉　　　　　　100份，
腈纶　　　　　0.1份，
硫酸钡　　　　　0.5份，
活性炭　　　　　0.1份，
挪威木素HT-1/I0.05份，
因杜林　　　　　0.15份，
硫酸9.5份，
聚乙烯吡咯烷酮0.08份，
去离子水　　　　12份；
其中，所述铅粉为含PbO的铅粉，PbO的含量为76wt%；短纤维的长度为0.5-1mm；所述活性碳的比表面积在2000-2500m2/g；所述硫酸的密度为1.37g/ml；
根据上述负极铅膏的配比，作如下制备：
（1）将短纤维、硫酸钡、聚乙烯吡咯烷酮、活性炭、挪威木素HT-1/I和因杜林干混，并搅拌1-3分钟使之搅拌均匀；
（2）将铅粉加入上述混合物，混合搅拌3-5分钟；
（3）在1-3分钟内加入剩余的去离子水并搅拌均匀；
（4）在10-20分钟内加入配方量的硫酸溶液，搅拌混合均匀，得到深循环负极铅膏；
其中，所述步骤（4）的温度控制在20-40℃。
采用上述实施例1~5所制备的负极板制备铅酸电池，包括以下步骤：
选择常规配方制备的正极板作为铅酸电池的正极板，选择上述步骤（6）制备的极板作为负极板，以密度为1.28cm3/g硫酸为电解液，以市售的相应大小的电池槽为电池槽体，按照正极-隔膜-负极方式组装到电池槽中，再往电池槽体中注入电解液，组装成铅酸电池。
对上述实施例1-5所制备的深循环铅酸电池及同型号的普通电池的性能进行测试，测试结果列于表1。
其中，铅酸电池动态充电接受能力的测试方法为：
电池充满电后，在25℃水浴中浸泡6h。在同样的温度下，以I=0.1Ce将电池逐步放电至90%、80%、70%、60%的荷电状态（SOC），每次放电结束后，以14.8V、200A充电60s，记录电流随时间的变化。
铅酸电池部分荷电状态下高倍率循环寿命（HRPSOC）测试方法为：
蓄电池充满电后1～2h内以I=2×I20恒流放电5h至50%荷电状态，终止条件为10.5V，然后做如下a～d循环：（a）以I=2×C20恒流充电1min；（b）静置10s；（c）以I=2×C20恒流放电1min；（d）静置10s；其中循环过程中，充电电压高于17V或放电电压低于10.5V即达到寿命终止条件。
表1.所制备的铅酸电池的性能测试结果
充电末期电流大小反映电池的动态充电接受能力，充电末期电流越大说明充电接受能力越好。从表1中的数据可以看出，采用实施例1-3所制备的铅酸电池在90%、80%、70%、60%的荷电状态下的充电末期电流比实施例4-5的要高，循环寿命也更高，说明负极铅膏中的因杜林配合负极铅膏中的其它成分可以提高所制备的铅酸电池的性能；负极铅膏的制备方法对所制备的铅酸电池的性能具有较大的影响，制备方法中先将聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中，再加入活性炭和挪威木素HT-1/I混合搅拌，进而制得的负极铅膏所制备的铅酸电池的性能更佳；而相比同型号的普通电池，采用本发明的电池负极所制备的铅酸电池的性能更好。
以上对本发明实施例所提供的一种深循环铅酸电池负极铅膏及其制备方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种深循环铅酸电池负极铅膏，其特征在于，包含以下重量份数的成分：
铅粉　　　　　　100份，
短纤维　　　　　0.05-0.12份，
硫酸钡　　　　　0.4-1.4份，
活性炭　　　　　0.05-0.25份，
挪威木素HT-1/I0.05-0.12份，
因杜林　　　　　0.08-0.15份，
硫酸7-12份，
去离子水　　　　10.0-12.5份。
2.根据权利要求1所述的负极铅膏，其特征在于，所述负极铅膏还包含0.02-0.10份的聚乙烯吡咯烷酮。
3.根据权利要求1所述的负极铅膏，其特征在于，所述铅粉为含PbO的铅粉，PbO的含量为70-80wt%。
4.根据权利要求1所述的负极铅膏，其特征在于，所述短纤维为尼龙、腈纶和涤纶中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的负极铅膏，其特征在于，所述硫酸的密度为1.34-1.40g/ml。
6.一种深循环铅酸电池负极铅膏，其特征在于，包含以下重量份数的成分：
铅粉　　　　　　100份，
腈纶　　　　　0.1份，
硫酸钡　　　　　0.5份，
活性炭　　　　　0.1份，
挪威木素HT-1/I0.05份，
因杜林　　　　　0.15份，
硫酸9.5份，
聚乙烯吡咯烷酮0.08份，
去离子水　　　　12份。
7.一种深循环环铅酸电池负极铅膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚乙烯吡咯烷酮溶解于去离子水中，加入活性炭和挪威木素HT-1/I，混合搅拌15-20分钟，得到混合物I；
将短纤维、硫酸钡和因杜林干混，并搅拌1-3分钟使之搅拌均匀，加入至上述混合物I，搅拌均匀，得到混合物II；
将铅粉加入上述混合物II，混合搅拌3-5分钟，得混合物III；
在1-3分钟内加入剩余的去离子水并搅拌均匀；
在10-20分钟内加入配方量的硫酸溶液，搅拌混合均匀，得到深循环负极铅膏。
8.根据权利要求7所述的负极铅膏，其特征在于，所述步骤（5）的温度控制在20-62℃。
9.根据权利要求7所述的负极铅膏，其特征在于，所述负极铅膏的视密度为4.2-4.5g/ml。
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