CN105680004A - 一种长寿命型铅酸蓄电池正极极板的高温固化工艺 - Google Patents

一种长寿命型铅酸蓄电池正极极板的高温固化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种长寿命型铅酸蓄电池正极极板的高温固化工艺，将正极极板放入固化室内进行高温固化，所述高温固化依次包括升温保湿、高温高湿、降温降湿及中温中湿四个阶段。本发明可以提高电池内化成活性物质转化效率，增强极板活性物质强度，防止极板开裂，优化电池初始容量，避免极板在寿命期间软化脱落。

Description

一种长寿命型铅酸蓄电池正极极板的高温固化工艺
技术领域
本发明涉及一种铅酸蓄电池正极极板的固化工艺，特别涉及一种长寿命型铅酸蓄电池正极极板的高温固化工艺。
背景技术
铅酸电池，是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。
在铅酸蓄电池极板的生产制造过程中，对使用寿命影响最大的工序是极板的固化工序。固化工序是铅酸蓄电池生产过程中的关键工序，即将板栅经过铅膏涂填、快速表面干燥后送到固化室进行固化。极板的固化过程是物理变化、电化学反应和形成活性物质结构的过程，固化工艺的好坏直接影响极板的质量从而影响电池的循环使用寿命。
生极板在固化过程中，铅膏中的游离铅在氧气充足的条件下被进一步氧化生成氧化铅并产生热量，从而使板栅与活性物质接触的筋条被腐蚀并形成具有一定厚度和强度的腐蚀层，同时发生碱式硫酸铅的再结晶过程，使活性物质形成一个连续的具有良好强度的骨架，从而增强了极板强度，提高电池使用寿命，因此在极板高温高湿固化期间提高固化室内氧气含量以保证游离铅的充分氧化成为提高电池使用寿命的关键。
发明内容
本发明的目的在于一种长寿命型铅酸蓄电池正极极板的高温固化工艺，可以提高电池内化成活性物质转化效率，增强极板活性物质强度，防止极板开裂，优化电池初始容量，避免极板在寿命期间软化脱落。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种长寿命型铅酸蓄电池正极极板的高温固化工艺，将正极极板放入固化室内进行高温固化，所述高温固化依次包括升温保湿、高温高湿、降温降湿及中温中湿四个阶段。
本发明将固化分为四个阶段，并在各个固化阶段通过控制固化室输送风机的进风频率、进风量及进风温度，从而控制固化室内的温度及供氧量，以达到以下两个固化要求：
1.固化的初期促进铅膏中游离铅的氧化，使板栅与活性物质接触的筋条之间形成良好的腐蚀层，提高了化成后极板的强度及避免正极板在电池使用寿命期间的软化脱落。
2.通过极板内部游离铅氧化产生的热量配套高温高湿固化工艺的实施，使活性物质中产生一定数量的四碱式硫酸铅，并且产生碱式硫酸铅的再结晶过程，使活性物质形成一个连续的具有良好强度的骨架，提高了极板强度，从而提高电池的使用寿命。
作为优选，升温保湿阶段包括以下步骤：
第一步：温度控制35～45℃，湿度控制≥99%，时间控制1～4h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～5min，风量10～60%，风温控制30～40℃；
第二步：温度控制45～55℃，湿度控制≥99%，时间控制1～4h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～5min，风量10～60%，风温控制40～50℃；
第三步：温度控制55～65℃，湿度控制≥99%，时间控制1～4h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～10min，风量10～60%，风温控制45～55℃；
第四步：温度控制65～75℃，湿度控制≥99%，时间控制：1～4h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～10min，风量10～60%，风温控制55～65℃。
本阶段为极板的初步固化阶段，由于固化室内温度的上升速率远高于湿度的上升速率，因此通过调整固化室进风频率、风量及风温，使固化室内温度及湿度的上升速率基本保持一致，并且逐步增加固化室内的供氧量，为铅膏内游离铅的氧化提供必要的氧气供应，在湿度≥99%的条件下，通过逐步提高固化的温度，使极板铅膏内水份与固化室内水份的交换达到平衡和稳定的状态，为后续高温固化阶段提供必要的条件。
作为优选，高温高湿阶段的参数控制为：温度控制75～80℃，时间控制10～16h，湿度控制≥99%，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～30min，风量30～80%，风温控制75～80℃。
本阶段为极板高温固化的核心部分，通过保持固化室内高温高湿及高频率的进风，使游离铅进一步氧化，从而使板栅与活性物质接触的筋条被腐蚀并形成具有一定厚度和强度的腐蚀层，同时在高温高湿环境下使铅膏生成一定结构和数量的四碱式硫酸铅，从而形成正极板活性物质结构的骨架，增强了铅膏之间的胶链强度，提高了化成后极板的强度及避免正极板在电池使用寿命期间的软化脱落。
作为优选，降温降湿阶段包括以下步骤：
第一步：温度控制65～70℃，湿度控制≥99%，时间控制1～2h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～30min，风量30～80%，风温控制70～75℃；
第二步：温度控制65～70℃，湿度控制85～90%；，时间控制5～8h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～30min，风量30～80%，风温控制70～75℃；
第三步：温度控制55～60℃，湿度控制85～90%；，时间控制1～2h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～10min，风量30～80%，风温控制60～65℃；
第四步：温度控制55～60℃，湿度控制80～85%；，时间控制1～2h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～10min，风量30～80%，风温控制60～65℃。
本阶段为高温固化的后续阶段，目的是稳定和平衡经过高温固化后的铅膏，避免了四碱式硫酸铅的过度生成，保证了电池的初始容量，同时通过温度、湿度及进风量的逐渐减少，使铅膏内水分缓慢蒸发，避免由于铅膏体积的急剧收缩而使极板产生裂纹，从而提高了电池质量。
作为优选，中温中湿阶段的参数控制为：温度控制55～60℃，湿度控制80～85%，时间控制5～8h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～10min，风量10～60%，风温控制55～60℃。
本阶段的主要作用是通过降低固化湿度，进一步促进铅膏内游离铅的氧化，并促使铅膏与板栅之间的结合更加牢固。
本发明的风量指工业风机调频转速的百分比，百分比越高，风机转速越快，进风量越大，反之，百分比越低，风机转速越慢，进风量越小。
本发明的有益效果是：可以提高电池内化成活性物质转化效率，增强极板活性物质强度，防止极板开裂，优化电池初始容量，避免极板在寿命期间软化脱落。
附图说明
图1是本发明的高温固化工艺制得的铅酸蓄电池室温循环寿命曲线图，循环351次寿命终止，压差2.04V。
图2是现有常规的固化工艺制得的铅酸蓄电池室温循环寿命曲线图，循环224次寿命终止，压差1.78V。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1：
一种长寿命型铅酸蓄电池正极极板的高温固化工艺，将正极极板放入固化室内进行高温固化，所述高温固化依次包括升温保湿、高温高湿、降温降湿及中温中湿四个阶段。正极极板进入固化室前先采用手动方式对固化室进行加温加湿，至固化室内温度达到35℃，湿度≥99%后转入自动运行，固化室根据设置程序开始运行。
升温保湿阶段包括以下步骤：
第一步：温度控制35℃，湿度控制≥99%，时间控制4h，进风控制：开启间隔10min，单次开启时间1min，风量60%，风温控制30℃；
第二步：温度控制45℃，湿度控制≥99%，时间控制4h，进风控制：开启间隔10min，单次开启时间1min，风量60%，风温控制40℃；
第三步：温度控制55℃，湿度控制≥99%，时间控制4h，进风控制：开启间隔10min，单次开启时间1min，风量60%，风温控制45℃；
第四步：温度控制65℃，湿度控制≥99%，时间控制：4h，进风控制：开启间隔10min，单次开启时间1min，风量60%，风温控制55℃。
高温高湿阶段的参数控制为：温度控制75℃，时间控制16h，湿度控制≥99%，进风控制：开启间隔10min，单次开启时间1min，风量80%，风温控制75℃。
降温降湿阶段包括以下步骤：
第一步：温度控制65℃，湿度控制≥99%，时间控制2h，进风控制：开启间隔10min，单次开启时间1min，风量80%，风温控制70℃；
第二步：温度控制65℃，湿度控制85%，时间控制8h，进风控制：开启间隔10min，单次开启时间1min，风量80%，风温控制70℃；
第三步：温度控制55℃，湿度控制85%，时间控制2h，进风控制：开启间隔10min，单次开启时间1min，风量80%，风温控制60℃；
第四步：温度控制55℃，湿度控制80%；，时间控制2h，进风控制：开启间隔10min，单次开启时间1min，风量80%，风温控制60℃。
中温中湿阶段的参数控制为：温度控制55℃，湿度控制80%，时间控制8h，进风控制：开启间隔10min，单次开启时间1min，风量60%，风温控制55℃。
实施例2：
一种长寿命型铅酸蓄电池正极极板的高温固化工艺，将正极极板放入固化室内进行高温固化，所述高温固化依次包括升温保湿、高温高湿、降温降湿及中温中湿四个阶段。正极极板进入固化室前先采用手动方式对固化室进行加温加湿，至固化室内温度达到45℃，湿度≥99%后转入自动运行，固化室根据设置程序开始运行。
升温保湿阶段包括以下步骤：
第一步：温度控制45℃，湿度控制≥99%，时间控制1h，进风控制：开启间隔30min，单次开启时间5min，风量10%，风温控制40℃；
第二步：温度控制55℃，湿度控制≥99%，时间控制1h，进风控制：开启间隔30min，单次开启时间5min，风量10%，风温控制50℃；
第三步：温度控制65℃，湿度控制≥99%，时间控制1h，进风控制：开启间隔30min，单次开启时间10min，风量10%，风温控制55℃；
第四步：温度控制75℃，湿度控制≥99%，时间控制：1h，进风控制：开启间隔30min，单次开启时间10min，风量10%，风温控制65℃。
高温高湿阶段的参数控制为：温度控制80℃，时间控制10h，湿度控制≥99%，进风控制：开启间隔30min，单次开启时间30min，风量30%，风温控制80℃。
降温降湿阶段包括以下步骤：
第一步：温度控制70℃，湿度控制≥99%，时间控制1h，进风控制：开启间隔30min，单次开启时间30min，风量30%，风温控制75℃；
第二步：温度控制70℃，湿度控制90%，时间控制5h，进风控制：开启间隔30min，单次开启时间30min，风量30%，风温控制75℃；
第三步：温度控制60℃，湿度控制90%，时间控制1h，进风控制：开启间隔30min，单次开启时间10min，风量30%，风温控制65℃；
第四步：温度控制60℃，湿度控制85%，时间控制1h，进风控制：开启间隔30min，单次开启时间10min，风量30%，风温控制65℃。
中温中湿阶段的参数控制为：温度控制60℃，湿度控制85%，时间控制5h，进风控制：开启间隔30min，单次开启时间10min，风量10%，风温控制60℃。
实施例3：
一种长寿命型铅酸蓄电池正极极板的高温固化工艺，将正极极板放入固化室内进行高温固化，所述高温固化依次包括升温保湿、高温高湿、降温降湿及中温中湿四个阶段。正极极板进入固化室前先采用手动方式对固化室进行加温加湿，至固化室内温度达到40℃，湿度≥99%后转入自动运行，固化室根据设置程序开始运行。
升温保湿阶段包括以下步骤：
第一步：温度控制40℃，湿度控制≥99%，时间控制2h，进风控制：开启间隔20min，单次开启时间2min，风量20%，风温控制35℃；
第二步：温度控制50℃，湿度控制≥99%，时间控制2h，进风控制：开启间隔20min，单次开启时间2min，风量30%，风温控制45℃；
第三步：温度控制60℃，湿度控制≥99%，时间控制2h，进风控制：开启间隔20min，单次开启时间5min，风量40%，风温控制50℃；
第四步：温度控制70℃，湿度控制≥99%，时间控制：2h，进风控制：开启间隔20min，单次开启时间5min，风量50%，风温控制60℃。
高温高湿阶段的参数控制为：
先温度控制：75℃，时间控制：6h，湿度控制：≥99%，进风控制：开启间隔10min，开启时间5min，风量60%，风温控制75℃；
再温度控制：75℃，时间控制：8h，湿度控制：≥99%，进风控制：开启间隔10min，开启时间10min风量70%，风温控制75℃。
降温降湿阶段包括以下步骤：
第一步：温度控制65℃，湿度控制≥99%，时间控制1h，进风控制：开启间隔20min，单次开启时间10min，风量70%，风温控制70℃；
第二步：温度控制65℃，湿度控制90%，时间控制5h，进风控制：开启间隔25min，单次开启时间10min，风量70%，风温控制70℃；
第三步：温度控制55℃，湿度控制90%，时间控制1h，进风控制：开启间隔30min，单次开启时间10min，风量60%，风温控制60℃；
第四步：温度控制55℃，湿度控制85%，时间控制1h，进风控制：开启间隔20min，单次开启时间5min，风量60%，风温控制60℃。
中温中湿阶段的参数控制为：温度控制55℃，湿度控制85%，时间控制8h，进风控制：开启间隔20min，单次开启时间5min，风量50%，风温控制55℃。
本发明的长寿命型铅酸蓄电池正极极板的高温固化工艺，固化后极板铅膏游离铅含量≤1%，跌落掉膏≤0.5%。与普通固化工艺比较，生极板强度好、表面无脱粉现象，极板铅膏与板栅接合层厚度明显增加且接合力好。本发明优化了极板活性物质的结构，经过100%DOD循环寿命测试（制成6DZM12铅酸蓄电池），电池循环性能提升明显（见图1，图2），并且在电池寿命循环期间正极板无软化脱落现象，有效提升了铅酸蓄电池的使用寿命。
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 (5)

1.一种长寿命型铅酸蓄电池正极极板的高温固化工艺，将正极极板放入固化室内进行高温固化，其特征在于，所述高温固化依次包括升温保湿、高温高湿、降温降湿及中温中湿四个阶段。
2.根据权利要求1所述的高温固化工艺，其特征在于：升温保湿阶段包括以下步骤：
第一步：温度控制35～45℃，湿度控制≥99%，时间控制1～4h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～5min，风量10～60%，风温控制30～40℃；
第二步：温度控制45～55℃，湿度控制≥99%，时间控制1～4h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～5min，风量10～60%，风温控制40～50℃；
第三步：温度控制55～65℃，湿度控制≥99%，时间控制1～4h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～10min，风量10～60%，风温控制45～55℃；
第四步：温度控制65～75℃，湿度控制≥99%，时间控制：1～4h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～10min，风量10～60%，风温控制55～65℃。
3.根据权利要求1或2所述的高温固化工艺，其特征在于：高温高湿阶段的参数控制为：温度控制75～80℃，时间控制10～16h，湿度控制≥99%，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～30min，风量30～80%，风温控制75～80℃。
4.根据权利要求1或2所述的高温固化工艺，其特征在于：降温降湿阶段包括以下步骤：
第一步：温度控制65～70℃，湿度控制≥99%，时间控制1～2h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～30min，风量30～80%，风温控制70～75℃；
第二步：温度控制65～70℃，湿度控制85～90%，时间控制5～8h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～30min，风量30～80%，风温控制70～75℃；
第三步：温度控制55～60℃，湿度控制85～90%，时间控制1～2h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～10min，风量30～80%，风温控制60～65℃；
第四步：温度控制55～60℃，湿度控制80～85%，时间控制1～2h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～10min，风量30～80%，风温控制60～65℃。
5.根据权利要求1或2所述的高温固化工艺，其特征在于：中温中湿阶段的参数控制为：温度控制55～60℃，湿度控制80～85%，时间控制5～8h，进风控制：开启间隔10～30min，单次开启时间1～10min，风量10～60%，风温控制55～60℃。
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