CN106058246A - 铅酸蓄电池正极铅膏配方 - Google Patents

铅酸蓄电池正极铅膏配方 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种铅酸蓄电池正极铅膏配方，通过添加聚四氟乙烯和碳纤维作为添加剂，能最大限度地保护正极铅膏结晶在循环过程不软化，显著改善提高铅酸蓄电池的循环性能；本发明的铅酸蓄电池正极铅膏配方，适用于所有型号的铅酸蓄电池，应用广泛。

Description

铅酸蓄电池正极铅膏配方
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池正极铅膏技术，尤其涉及一种铅酸蓄电池正极铅膏配方。
背景技术
铅酸蓄电池在循环使用时，主要的寿命衰减模式是正极铅膏的软化变态。其实质是铅膏结晶体的变化，导致铅膏极度软化失效。因此，如何保护铅膏结晶体在循环使用过程不变化，是提高铅酸蓄电池循环寿命的关键。
聚四氟乙烯是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，聚四氟乙烯分子中CF2单元形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面，在与铅膏混合搅拌时，铅膏晶体表面会形成一定的网状结构，保护铅膏结晶。但由于聚四氟乙烯的添加量(重量比)超过0.15％时，铅膏的粘度会急剧上升，变得类似橡胶一样，无法涂板。而这种物性限制了添加量的提高，从而对铅膏结晶的保护效果也受到了限制。因此，聚四氟乙烯作为铅酸蓄电池正极添加剂并没有得到广泛应用。
另一种能够提高铅膏机械强度的物质是碳纤维。碳物质，如炭黑、石墨碳等通常添加在负极铅膏中以改善负极极板的充电接受能力和抗硫酸盐化能力，实验结果证明，碳纤维以一定的比例添加到负极铅膏中，显著改善负极铅膏的导电性能，对电池的充电接受能力的提高和抗负极铅膏的硫酸盐化，作用较大。
但是，碳纤维作为正极铅膏添加剂的应用比较少见。主要是因为硫酸盐化主要发生在负极，而电池的充电接受能力也主要被负极所左右，正极铅膏加入碳物质的研究不够。
随着储能等使用用途的不断扩展，对铅酸蓄电池的循环性能提出了更高的要求。实验结果证实，在负极的电池接受能力和硫酸盐化问题解决之后，如何提高正极铅膏在循环使用过程的抗软化能力，是越来越重要的课题。
而聚四氟乙烯与正极铅膏混合搅拌时在铅膏晶体表面形成的保护铅膏结晶的网状结构，与添加在正极铅膏中提高铅膏粒子间的高抗拉强度的碳纤维的有机结合，可以更有效地保护铅膏结晶在循环过程的软化。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种保护正极铅膏结晶在循环过程不软化，显著提高铅酸蓄电池的循环寿命的铅酸蓄电池正极铅膏配方。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种铅酸蓄电池正极铅膏配方，所述正极板铅膏配方包括以下质量份的组分，
铅粉：100份；
聚四氟乙烯：0.10-0.15份；
碳纤维：0.05-0.15份。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述聚四氟乙烯采用质量浓度为20～80％的聚四氟乙烯溶液。
在以上技术方案的基础，优选的，所述碳纤维采用含碳量95％以上、抗拉强度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9％的碳纤维。
本发明的铅酸蓄电池正极铅膏配方适用于所有型号的铅酸蓄电池，优选的，还包括以下质量份的组分，
比重1.20-1.60g/cc的稀硫酸8.4-10.4份；
纯水10-13份；
短纤维0.05-0.15公斤。
进一步优选的，所述短纤维包括涤纶、锦纶、腈纶、维纶和氨纶。
本发明的铅酸蓄电池正极铅膏配方相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的正极铅膏通过添加聚四氟乙烯和碳纤维作为添加剂，能最大限度地保护正极铅膏结晶在循环过程不软化，显著改善提高铅酸蓄电池的循环性能；
(2)本发明的铅酸蓄电池正极铅膏配方，适用于所有型号的铅酸蓄电池，应用广泛。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
以下实施例采用同样设计和工艺制造的阀控式密封铅酸蓄电池12V100Ah(6GFM100)作为实验样本，其中正极铅膏的视比重控制在4.20±0.10g/cc。
实施例1
本实施例的正极铅膏各组分用量如下：
铅粉100公斤；
比重1.40g/cc的硫酸9.40公斤；
纯水11.50公斤；
短纤维0.10公斤，
另外，根据和膏过程中由于温度上升造成水的蒸发程度，加入若干调节纯水,以满足铅膏视比重的控制范围要求。
实施例2
本实施例的正极铅膏各组分用量如下：
铅粉100公斤；
比重1.40g/cc的硫酸9.40公斤；
纯水11.50公斤；
短纤维0.10公斤；
质量浓度60％的聚四氟乙烯溶液0.200公斤；
含碳量95％以上、抗拉强度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9％的碳纤维0.100公斤，
另外根据铅膏视比重控制要求，加入若干调节纯水，浓缩聚四氟乙烯溶液内含的水分，在调节水内扣除。
实施例3
本实施例的正极铅膏各组分用量如下：
铅粉100公斤；
比重1.40g/cc的硫酸9.40公斤；
纯水11.50公斤；
短纤维0.10公斤；
质量浓度60％的聚四氟乙烯溶液0.170公斤；
含碳量95％以上、抗拉强度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9％的碳纤维0.050公斤，
另外根据铅膏视比重控制要求，加入若干调节纯水，浓缩聚四氟乙烯溶液内含的水分，在调节水内扣除。
实施例4
本实施例的正极铅膏各组分用量如下：
铅粉100公斤；
比重1.40g/cc的硫酸9.40公斤；
纯水11.50公斤；
短纤维0.10公斤；
质量浓度60％的聚四氟乙烯溶液0.250公斤；
含碳量95％以上、抗拉强度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9％的碳纤维0.150公斤，
另外根据铅膏视比重控制要求，加入若干调节纯水，浓缩聚四氟乙烯溶液内含的水分，在调节水内扣除。
实施例5
本实施例的正极铅膏各组分用量如下：
铅粉100公斤；
比重1.40g/cc的硫酸9.40公斤；
纯水11.50公斤；
短纤维0.10公斤；
质量浓度60％的聚四氟乙烯溶液0.200公斤；
另外根据铅膏视比重控制要求，加入若干调节纯水，浓缩聚四氟乙烯溶液内含的水分，在调节水内扣除。
实施例6
本实施例的正极铅膏各组分用量如下：
铅粉100公斤；
比重1.40g/cc的硫酸9.40公斤；
纯水11.50公斤；
短纤维0.10公斤；
含碳量95％以上、抗拉强度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9％的碳纤维0.100公斤；
另外根据铅膏视比重控制要求，加入若干调节纯水。
参照IEC 61427-2005(Secondary cells and batteries for photovoltaicenergy systems(PVES)–General requirements and methods oftest)要求的方法，将实验样本电池经容量测试合格后完全充电，然后在温度为40℃±3℃的环境中静置16h，并在该温度下进行循环耐久性试验，具体方法分为A和B两个阶段：
实验阶段A，低充电状态下的浅循环：
a)以I10(A)放电，持续9h或终压为1.75V/单体时放电完成。
b)以1.03I10(A)充电3h。
c)以I10(A)放电3h。
重复b)和c)49次。
完成实验阶段A后，对电池充满电，然后进行实验阶段B的检测。
实验阶段B，高充电状态下的浅循环：
a)以1.25I10(A)放电2h。
b)以I10(A)充电6h，充电电压不能超过2.4V/单体。
重复a)和b)99次，实验阶段B完成。
每进行一次大循环(A阶段和B阶段)后进行1次容量检查，容量检查的方法是将实验电池冷却到标准温度(20℃～25℃)，并在该温度静置16小时后，以I10(A)放电至终止电压为1.8V/单体。
实验电池检测的终止条件如下：
1.当实验阶段A中放电9小时时，电池单格电压低于1.5V/单体时；
2.实验阶段B之后，电池容量低于额定容量的80％时，也就是以I10(A)放电至终止电压为1.8V/单体时，放电时间不低于8小时。
循环寿命用连续完整的大循环(A阶段和B阶段)的次数表示。
实验结果：
实施例1样品电池，第一大循环后容量：10小时31分21秒；第二大循环后容量：9小时41分21秒；第三大循环开始后，A阶段中放电9小时时，电池单格电压低于1.5V/cell，判定电池寿命结束，循环实验中止。
实施例2样品电池，第一大循环后容量：11小时28分45秒；第二大循环后容量：11小时35分17秒；第三大循环后容量：11小时17分45秒；第四大循环后容量：11小时05分17秒；第五大循环后容量：10小时14分27秒；第六大循环后容量：9小时41分23秒；第七大循环后容量：9小时23分28秒；第八大循环开始后，A阶段中放电9小时时，电池单格电压低于1.5V/cell，判定电池寿命结束，循环实验中止。
实施例3样品电池，第一大循环后容量：11小时40分30秒；第二大循环后容量：11小时36分12秒；第三大循环后容量：11小时03分51秒；第四大循环后容量：10小时58分13秒；第五大循环后容量：10小时32分52秒；第六大循环后容量：9小时29分51秒；第七大循环后容量：9小时22分22秒；第八大循环开始后，A阶段中放电9小时时，电池单格电压低于1.5V/cell，判定电池寿命结束，循环实验中止。
实施例4样品电池，第一大循环后容量：11小时41分51秒；第二大循环后容量：11小时33分21秒；第三大循环后容量：10小时59分41秒；第四大循环后容量：10小时45分12秒；第五大循环后容量：10小时1分22秒；第六大循环后容量：9小时41分13秒；第七大循环后容量：9小时17分24秒；第八大循环开始后，A阶段中放电9小时时，电池单格电压低于1.5V/cell，判定电池寿命结束，循环实验中止。
实施例5样品电池，第一大循环后容量：11小时31分52秒；第二大循环后容量：10小时27分13秒；第三大循环开始后，A阶段中放电9小时时，电池单格电压低于1.5V/cell，判定电池寿命结束，循环实验中止。
实施例6样品电池，第一大循环后容量：10小时53分49秒；第二大循环后容量：10小时21分12秒；第三大循环开始后，A阶段中放电9小时时，电池单格电压低于1.5V/cell，判定电池寿命结束，循环实验中止。
上述结果说明：
与实施例1样品电池(聚四氟乙烯和碳纤维均没有添加)、实施例5样品电池(仅添加聚四氟乙烯)和实施例6样品电池(仅添加碳纤维)，同时添加铅粉重量0.10％～0.15％(重量百分数)的聚四氟乙烯和铅粉重量0.05％～0.15％(重量百分数)的含碳量95％以上、抗拉强度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9％的碳纤维的实施例2样品电池、实施例3样品电池、实施例4样品电池深循环性能有显著改善。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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 (5)

1.一种铅酸蓄电池正极铅膏配方，其特征在于：所述正极板铅膏配方包括以下质量份的组分，
铅粉：100份；
聚四氟乙烯：0.10-0.15份；
碳纤维：0.05-0.15份。
2.如权利要求1所述的铅酸蓄电池正极铅膏配方，其特征在于：所述聚四氟乙烯采用质量浓度为20～80％的聚四氟乙烯溶液。
3.如权利要求1所述的铅酸蓄电池正极铅膏配方，其特征在于：所述碳纤维采用含碳量95％以上、抗拉强度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9％的碳纤维。
4.如权利要求1所述的铅酸蓄电池正极铅膏配方，其特征在于：还包括以下质量份的组分，
比重1.20-1.60g/cc的稀硫酸8.4-10.4份；
纯水10-13份；
短纤维0.05-0.15公斤。
5.如权利要求4所述的铅酸蓄电池正极铅膏配方，其特征在于：所述短纤维包括涤纶、锦纶、腈纶、维纶和氨纶。
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