CN105826567B - 一种动力型铅酸蓄电池用分散剂及动力型铅酸蓄电池用铅膏 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铅酸蓄电池领域，特别涉及一种动力型铅酸蓄电池用分散剂及动力型铅酸蓄电池用铅膏。一种动力型铅酸蓄电池用分散剂，该分散剂是含有5‑10%的磺化芳烃分散剂的水性溶液，所述磺化芳烃分散剂是萘磺酸甲醛的缩合产物，该萘磺酸甲醛缩合物的相对分子质量为7000~14000。本发明中所提的新型分散剂不仅能够替代电池中添加的木质素所产生的抑制电池负极板收缩和去钝化作用，还能解决木质素因电池温度过高易溶解的难题。

Description

一种动力型铅酸蓄电池用分散剂及动力型铅酸蓄电池用铅膏

技术领域

本发明涉及铅酸蓄电池领域，特别涉及一种动力型铅酸蓄电池用分散剂及动力型铅酸蓄电池用铅膏。

背景技术

铅酸蓄电池具有价格低廉，使用方便，性能稳定的特点，一直被广泛地应用到各个领域，特别是在动力电池领域，性能稳定，生产工艺成熟，价格低的优势是其它类型电池无法企及的优势，这样的优势也导致了动力电池在电动自行车行业的迅猛发展。

尽管动力型铅酸蓄电池制造数量在近代有了突飞猛进的增长，但是在许多极板制作工艺以及方法上没有很大的技术革新和改进，从最早的通过应用木隔板将正、负极进行隔断放入硫酸溶液中，极板主要是铅金属或者铅板栅结构，上面填充膏状的化合物，这主要是氧化铅、硫酸铅和水，木隔板是为了防止正、负极短路，然而这些木隔板却限制了电池的使用寿命，因为这种木质隔板在高浓度的酸溶液中易被降解，不能保持隔板的稳定性。在后面的铅酸蓄电池发展中历史上使用了新型的AGM隔板替代了原有的木质隔板，能将酸液储存在隔板中，但经过试验验证使用了玻璃纤维隔板的电池不能充电充分，低温和大电流容量与使用木质隔板的电池容量有所降低，后面通过实验将木碎片加入到电池中电池充电接受能力和容量都得以恢复，最后通过结果分析认定这种物质成分为木质素磺酸盐，由此木质素磺酸盐就成了铅酸蓄电池中不可少的添加剂。不过随着后续实验发现添加木质素磺酸盐后阻碍了电池的充电效率，使电池的充电电压过高，为了克服这个缓慢的充电过程，碳黑作为导电剂加入到极板中，在充电完成后电池中的木质素磺酸盐吸附在硫酸铅的表面上抑制硫酸铅大颗粒的形成，有效的防止负极板收缩，从而保持了负极板表面发达和多孔结构。

铅酸蓄电池是对材料纯度非常敏感的类型产品，木质素作为造纸行业的副产物必须完成每个特定批次的木质素被确定是否合适于铅酸蓄电池中的使用，唯一可靠的测试方法是生产测试电池和检查充电验收，直至形成特定合格的产品才能应用于铅酸蓄电池中，同时木质素具有较高的热敏感度，在高温条件下易溶解，而且在电池使用的过程中存在着降解溶于电解液中。

发明内容

本发明提供一种动力型铅酸蓄电池用分散剂，其能够吸附于硫酸铅和铅表面形成覆盖层，产生空间阻隔作用，有效的抑制了硫酸铅大颗粒的形成。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种动力型铅酸蓄电池用分散剂，该分散剂是含有5-10%的磺化芳烃分散剂的水性溶液，所述磺化芳烃分散剂是萘磺酸甲醛的缩合产物，该萘磺酸甲醛缩合物的相对分子质量为7000~14000。本发明中所提的新型分散剂不仅能够替代电池中添加的木质素所产生的抑制电池负极板收缩和去钝化作用，还能解决木质素因电池温度过高易溶解的难题。

作为优选，萘磺酸甲醛缩合物的磺化度为70-100%。

一种动力型铅酸蓄电池用铅膏，该铅膏包括活性物质铅粉、质量分数为30-60%的硫酸溶液、铅膏添加剂和所述的动力型铅酸蓄电池用分散剂，所述的动力型铅酸蓄电池用分散剂的加入量是以粉体磺化芳烃分散剂的加入量来计算，磺化芳烃分散剂的加入量是铅粉重量的0.01-1%。所述的铅膏添加剂为铅膏常用原料之一，可以根据实际生产需要进行选择。

作为优选，所述的磺化芳烃分散剂在正极铅膏中的加入量是铅粉重量的0.01-0.5%，磺化芳烃分散剂在负极铅膏中的加入量是铅粉重量的0.1-1%。

一种动力型铅酸蓄电池用铅膏的制造工艺，按原料的质量配比准确称量后，在容量桶内依次加入去离子水和磺化芳烃分散剂，进行剪切，形成萘磺酸甲醛的缩合产物水溶液，然后加入活性物质铅粉和铅膏添加剂混合均匀后再加入硫酸溶液，用和膏机搅拌得到铅膏。

本发明提供一种取代铅酸蓄电池用基于天然提取的木质素磺酸盐的新型分散剂，此种分散剂采用磺化芳烃聚合物制备合成，易于复制生产，相对于采用天然提取的木质素磺酸盐的方法降低了生产成本和步骤，可以进行大范围的推广。这种新型磺化芳烃分散剂是一种能比木质素磺酸盐具有更好膨胀效果的添加剂，能跟硫酸钡在一个较简易的混合分散设备中分散均匀，同时能加快电池充电转换速率，缩短充电时间。

磺化芳香烃分散剂被广泛认为是能提高硫酸钡在浆中的分散性，减少添加剂与活性物质混合时间，让极板产生更好的构架以抵御负极板在充放电过程中的收缩膨胀，减缓硫酸铅颗粒的凝聚成形，同时还能提高铅膏涂板可塑性和联结力，从而大大的延长了电池的使用寿命和缩短充电时间。磺化芳烃分散剂使用量参考值为木质素磺酸盐量的1/3~2/3，磺化芳烃分散剂在高温的条件下的稳定性要远远好于木质素磺酸盐。

本发明提供的是一种动力型铅酸蓄电池用新型分散剂和使用方法，此类新型磺化芳烃分散剂是萘磺酸甲醛缩合产物，它的醛类聚合物相对分子质量通常为7000~14000，作为一个分子量较高的磺化芳烃分散剂可用于电池铅膏中，在铅酸蓄电池中的添加量为铅粉重量0.01-1%，在正极铅膏中的添加量为铅粉重量的0.01-0.5%，而在负极铅膏中的添加量为铅膏重量的0.1-1%，此磺化芳烃分散剂完全替代了木质素磺酸盐，与去离子水混合时的溶解度很容易就达到了200g/L甚至达到300g/L，易溶于水，优选具有高磺化度的磺化芳烃分散剂。

用常规方法制备的电池铅膏，负极铅膏通常包括氧化铅、硫酸钡，炭黑，硫酸和去离子水。正极铅膏通常包括铅氧化物、硫酸和去离子水。在我们实际应用生产中添加剂在其中的分散效果不是特别理想，导致最终和出的铅膏跌落强度不够，放入涂膏机中进行涂板时破坏板栅结构，极板表面缺膏和极板变形，对涂板的重量也不容易控制，增加涂板的难度同时会造成过程的成本损失。在这样的情况下采用水溶性好的磺化芳烃分散剂和铅膏混合有利于添加剂在活性物质中的分散效果，使用该方法得到的铅膏可以得到更好的均一性。

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。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料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

取1000Kg铅膏用铅粉制备动力铅酸蓄电池用负极板，加入90Kg含质量分数8%的萘磺酸甲醛缩合物的水性溶液（萘磺酸甲醛缩合物的磺化度为80左右），1kg碳黑导电剂和3.75kg硫酸钡，（萘磺酸甲醛缩合物是铅粉重量的0.72%），然后对浆料进行高速搅拌5~8分钟，搅拌完成后加入质量分数为45%的硫酸溶液120L，混合物在高强度搅拌条件下进行混合，在加硫酸溶液的过程中控制硫酸溶液的流速为8-10L/min，硫酸溶液需要在十五分钟内加完，总共的搅拌和膏过程时间为30分钟左右，相比于现在和膏整个过程花费时间40~50分钟，缩短了和膏时间。

高浓度的硫酸溶液与铅膏中的活性物质反应放出大量的热，在这个过程中铅膏温度要保持在一个较高的水平上，在这个阶段通过使用添加了磺化芳烃分散剂的铅膏，保证了铅膏与添加剂的均匀混合和一致性。

此外同样重要的是在固化阶段要保持适宜的温度和空气湿度，在此阶段电池极板内部形成了良好的网状结构，这些反应都是在极板固化阶段发生的，负极板成分主要是碱式硫酸铅、游离铅和水。生产的铅酸蓄电池容量和寿命都有所提高，还能提高电池中活性物质利用率。没有木质素不会产生不利影响和改变电池的充电接受能力。萘磺酸甲醛缩合物的加入辅助分散硫酸钡和炭黑，同时采用磺化芳烃分散剂的负极板更耐用，不易板结。

实施例2

取900kg的铅膏用铅粉制备动力铅酸蓄电池用正极板，加入40kg的分散剂水溶液（其中萘磺酸甲醛缩合物的质量分数为5%，萘磺酸甲醛缩合物的磺化度为90左右）和2kg导电石墨，（萘磺酸甲醛缩合物是铅粉重量的0.002%），混合加入后进行高强度搅拌时间为5-8分钟。混合均匀后将118L质量分数为50%的硫酸溶液中加入浆料中，在加硫酸溶液的过程中控制流速为10-12L/min，硫酸溶液在十二分钟内加完，总共搅拌和膏过程时间为28分钟左右，相比于现在正极和膏整个过程花费时间40~50分钟，缩短了和膏时间，高浓度的硫酸溶液中加入并产生充分大量的热使铅膏处于一种较高的水平上。

在这一阶段的混合形成视密度良好、可塑性达标的铅膏，将电池铅膏均匀覆盖在整个板栅上以保证极板之间的均一性。此外同样重要的是在固化阶段要保持适宜的温度和空气湿度，在此阶段电池极板内部形成了良好的网状结构，这些反应都是在极板固化阶段发生的，在此过程极板中应形成一定量的四碱式硫酸铅，负极板成分主要是碱式硫酸铅和游离铅还有水。

通过使用混合均匀稳定的铅膏涂出的极板一致性好，生产的铅酸蓄电池容量和寿命都有所提高，还能提高电池中活性物质利用率。萘磺酸甲醛缩合物的加入辅助分散石墨，还能延缓因正极板铅膏软化造成的电池组单只落后，降低电池退货率等问题。

实施例3

一种动力型铅酸蓄电池用分散剂，该分散剂是含有8%的磺化芳烃分散剂的水性溶液，所述磺化芳烃分散剂是萘磺酸甲醛的缩合产物，该萘磺酸甲醛缩合物的相对分子质量为12000。萘磺酸甲醛缩合物的磺化度为95%。

实施例4

一种动力型铅酸蓄电池用分散剂，该分散剂是含有5%的磺化芳烃分散剂的水性溶液，所述磺化芳烃分散剂是萘磺酸甲醛的缩合产物，该萘磺酸甲醛缩合物的相对分子质量为7000。萘磺酸甲醛缩合物的磺化度为70%。

实施例5

一种动力型铅酸蓄电池用分散剂，该分散剂是含有10%的磺化芳烃分散剂的水性溶液，所述磺化芳烃分散剂是萘磺酸甲醛的缩合产物，该萘磺酸甲醛缩合物的相对分子质量为14000。萘磺酸甲醛缩合物的磺化度为85%。

实施例6

取500Kg铅膏用铅粉制备动力铅酸蓄电池用负极板，加入62.5Kg含质量分数8%的萘磺酸甲醛缩合物的水性溶液（萘磺酸甲醛缩合物的磺化度为85）（萘磺酸甲醛缩合物是铅粉重量的1%），0.7kg碳黑导电剂和2kg硫酸钡，然后对浆料进行高速搅拌8~10分钟，搅拌完成后加入质量分数为45%的硫酸溶液65L，混合物在高强度搅拌条件下进行混合，在加硫酸溶液的过程中控制硫酸溶液的流速为4-5L/min，硫酸溶液需要在十五分钟内加完，总共的搅拌和膏过程时间为35分钟。

实施例7

取500Kg铅膏用铅粉，加入45Kg含质量分数10%的萘磺酸甲醛缩合物的水性溶液（萘磺酸甲醛缩合物的磺化度为70）（萘磺酸甲醛缩合物是铅粉重量的0.9%），0.5kg碳黑导电剂和2.5kg硫酸钡，然后对浆料进行高速搅拌8~10分钟，搅拌完成后加入质量分数为50%的硫酸溶液60L，混合物在高强度搅拌条件下进行混合，在加硫酸溶液的过程中控制硫酸溶液的流速为3-4L/min，硫酸溶液需要在十五分钟内加完，总共的搅拌和膏过程时间为30分钟。

实施例8

取30Kg铅膏用铅粉，加入2.7Kg含质量分数5%的萘磺酸甲醛缩合物的水性溶液（萘磺酸甲醛缩合物的磺化度为75）（萘磺酸甲醛缩合物是铅粉重量的0.45%），0.09kg碳黑导电剂和0.15kg硫酸钡，然后对浆料进行高速搅拌8~10分钟，搅拌完成后加入质量分数为50%的硫酸溶液2.4L，混合物在高强度搅拌条件下进行混合，在加硫酸溶液的过程中控制硫酸溶液的流速为0.25~0.30L/min，硫酸溶液在十二分钟内加完，总共的搅拌和膏过程时间为32分钟。

实施例9

根据本发明提供的动力型铅酸蓄电池正极板制备方法，取450kg的铅膏用铅粉，加入32kg的分散剂水溶液（其中萘磺酸甲醛缩合物的质量分数为7%，萘磺酸甲醛缩合物的磺化度为90）和2kg导电石墨，（萘磺酸甲醛缩合物是铅粉重量的0.5%）。混合加入后进行高强度搅拌时间为8-10分钟。混合均匀后将58L质量分数为50%的硫酸溶液中加入浆料中，在加硫酸溶液的过程中控制流速为5-6L/min，硫酸溶液在十二分钟内加完，总共的搅拌和膏过程时间为28分钟。

实施例10

根据本发明提供的动力型铅酸蓄电池正极板制备方法，取30kg的铅膏用铅粉，加入0.033kg的分散剂水溶液（其中萘磺酸甲醛缩合物的质量分数为9%，萘磺酸甲醛缩合物的磺化度为90左右）和0.06kg导电石墨，（萘磺酸甲醛缩合物是铅粉重量的0.01%），混合加入后进行高强度搅拌时间为5-6分钟。混合均匀后将2.6L质量分数为50%的硫酸溶液中加入浆料中，在加硫酸溶液的过程中控制流速为0.8~1L/min，硫酸溶液在十二分钟内加完，总共的搅拌和膏过程时间为25分钟。

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 (3)

1.一种动力型铅酸蓄电池用铅膏，其特征在于：该铅膏包括活性物质铅粉、质量分数为30-60%的硫酸溶液、铅膏添加剂和动力型铅酸蓄电池用分散剂；所述的动力型铅酸蓄电池用分散剂的加入量是以粉体磺化芳烃分散剂的加入量来计算，磺化芳烃分散剂的加入量是铅粉重量的0.01-1%；该分散剂是含有5-10%的磺化芳烃分散剂的水性溶液，所述磺化芳烃分散剂是萘磺酸甲醛的缩合产物，该萘磺酸甲醛缩合物的相对分子质量为7000~14000；萘磺酸甲醛缩合物的磺化度为70-100%。

2.根据权利要求1所述的动力型铅酸蓄电池用铅膏，其特征在于：所述的磺化芳烃分散剂在正极铅膏中的加入量是铅粉重量的0.01-0.5%，磺化芳烃分散剂在负极铅膏中的加入量是铅粉重量的0.1-1%。

3.一种动力型铅酸蓄电池用铅膏的制造工艺，其特征在于，按原料的质量配比准确称量后，在容量桶内依次加入去离子水和磺化芳烃分散剂，进行剪切，形成萘磺酸甲醛的缩合产物水溶液，然后加入活性物质铅粉混合均匀后再加入硫酸溶液，用和膏机搅拌得到铅膏。