CN106848413B - 一种铅蓄电池极群 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅蓄电池极群，包括正极板、负极板和设置于正、负极板之间的隔板，所述隔板由中间的第一隔板纸和两侧的第二隔板纸层叠组成，其中，第一隔板纸由直径为3μm～10μm的玻璃纤维制成，其BET比表面积为0.3m2/g～0.8m2/g，第二隔板纸由直径为0.2μm～3μm的玻璃纤维制成，其BET比表面积为0.8m2/g～1.8m2/g。本发明铅蓄电池极群通过对隔板进行研究，发现隔板为由里层的第一隔板纸和两侧的第二隔板纸组成的夹层结构时，能够有效降低电解液的分层问题，同时能够有效延长电池使用寿命。

Description

一种铅蓄电池极群
技术领域
本发明涉及铅蓄电池生产技术领域，特别是涉及一种铅蓄电池极群。
背景技术
蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。它的工作原理：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。
铅酸蓄电池一直被广泛地应用到各个领域，尤其是电信领域、备用电源、储能电源和动力用途等，但是传统的铅酸蓄电池也存在早期容量衰减，使用寿命短等系列问题，其症状为正极板板栅腐蚀、铅膏软化脱落，负极硫酸盐化等。铅酸蓄电池接通电路放电时，电子由阳极(负极板)释放，形成的Pb2+离子立即与SO4 2-离子反应，在电极表面上沉积成难溶解的硫酸铅。在阴极(正极板)，来自外电路的电子将PbO2还原为水和Pb2+离子，Pb2+离子又立即与硫酸离子反应，将PbSO4沉积在电极上。蓄电池完全放电时，阴极(正极板)和阳极(负极板)基本上转变为PbSO4(固)。蓄电池外加反向电压，发生可逆电化学反应，即蓄电池充电。过充电时，正极板生成厚的二氧化铅层和释放氧气，负极板形成海绵状金属铅层和释放氢气。
铅酸蓄电池的五大组成部分为正极、负极、隔膜、电解液和电池外壳，其中电解液是影响电池性能的主要因素之一。普通的电解液内阻大，固酸能力差、使用寿命短。
目前，国内铅酸蓄电池多采用稀硫酸做电解质，但是重力导致稀硫酸附着在AGM隔板上产生分层，蓄电池极板下部硫酸密度过高，充电时，正极PbSO4不能完全转化成PbO2，造成极板下半部分活性物质利用率低，极板上下部分电流分布不均匀，远离极板极耳的极板下半部分电流小，充电欠充，造成硫酸盐化，蓄电池寿命减短。
一般往往是通过对电解液配方进行改进来对硫酸分层问题进行优化，比如：公开号为CN102856594A的中国发明专利公开了一种动力型铅酸蓄电池胶体电解质，含有去离子水、硫酸、纳米级二氧化硅，胶体电解质还含有增稠剂和絮凝剂，其中硫酸的含量为30～50(重量)％，硫酸钠的含量为0.50～2(重量)％，纳米级二氧化硅含量为5～15(重量)％，聚丙烯酰胺含量为0.1～0.5(重量)％，其余为去离子水。公开号为CN105811023A的中国发明专利公开了一种纳米胶体蓄电池电解液，所述电解液包含下列重量份的组分：硫酸45.0～46.0份；去离子水50～55份；纳米二氧化硅2～3份；表面活性剂0.008～0.013份；稳定剂0.05～0.10份；α萘酚酸0.008～0.013份；邻甲氧基苯甲醛0.02～0.04份；砜类添加剂1～3份；2,4,6－三巯基均三嗪三钠盐溶液3～8份。
发明内容
本发明通过对铅蓄电池中隔板结构的研究，开发出了一种铅蓄电池极群，能够有效降低电解液的分层问题，同时能够有效延长电池使用寿命。
一种铅蓄电池极群，包括正极板、负极板和设置于正、负极板之间的隔板，所述隔板为AGM隔板，所述隔板为由里层的第一隔板纸和两侧的第二隔板纸组成的夹层结构，其中，第一隔板纸由直径为3μm～10μm的玻璃纤维制成，其BET比表面积为0.3m2/g～0.8m2/g，第二隔板纸由直径为0.2μm～3μm的玻璃纤维制成，其BET比表面积为0.8m2/g～1.8m2/g。
优选的，所述第二隔板纸与第一隔板纸的厚度比为1∶1～4。第二隔板纸与第一隔板纸的厚度比为总的第二隔板纸的厚度与总的第一隔板纸的厚度，比如位于两侧的第二隔板纸各一块，则计算时应当将两块第二隔板纸的厚度相加。
优选的，所述第二隔板纸与第一隔板纸的厚度比为1∶2～4。
优选的，所述隔板厚度为1.0mm～3.6mm。隔板的厚度一般与铅蓄电池的型号有关，较小的电池，一般极群较小，所使用的隔板也较薄，相应的，较大的电池所使用的隔板较厚，往往是成比例放大的，比如型号为6-DZM-20的铅蓄电池，常用的隔板厚度为1.2mm。本发明极群所使用的隔板结构可以使用在各种型号的铅蓄电池，根据型号的不同，可以选择合适的隔板厚度。
优选的，所述第一隔板纸由直径为3μm～5μm的玻璃纤维制成，其BET比表面积为0.8m2/g。
优选的，所述第二隔板纸由直径为1.0μm～1.5μm的玻璃纤维制成，其BET比表面积为1.1m2/g。
优选的，所述的铅蓄电池极群，极群包板方式为U型或W型。U型包板方法为每两片隔板在底部相连形成U型结构，两片隔板之间即U型结构内侧为正极板，U型结构隔板外侧为负极板。W型包板方法，也称S型包板方法，隔板为连续弯折结构，一张长长的隔板在顶部和底部各弯折一次，除了两侧的负极板，其余正、负极板底部均被隔板包覆，使用单层的隔板纸做W型包板时，最终正、负极板之间的隔板折叠成为两层的结构。
本发明铅蓄电池极群通过对隔板进行研究，发现隔板为由里层的第一隔板纸和两侧的第二隔板纸组成的夹层结构时，能够有效降低电解液的分层问题，同时能够有效延长电池使用寿命。
附图说明
图1为采用U型包板方式的极群结构示意图；
图2为采用U型包板方式的隔板结构示意图；
图3为采用W型包板方式的极群结构示意图；
图4为采用W型包板方式的隔板结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1和2所示，一种铅蓄电池极群，包括正极板1、负极板2和设置于正极板1、负极板2之间的隔板3，隔板3为AGM隔板，隔板3为由里层的第一隔板纸32和两侧的第二隔板纸31组成的夹层结构，采用U型包板方式时，里层的第一隔板纸32为单层。
实施例2
如图3和4所示，一种铅蓄电池极群，包括正极板1’、负极板2’和设置于正极板1’、负极板2’之间的隔板3’，隔板3’为AGM隔板，隔板3’为由里层的第一隔板纸32’和两侧的第二隔板纸31’组成的夹层结构，采用W型包板方式时，里层的第一隔板纸32’为双层。
实施例3
(1)使用直径在0.8μm～1.5μm范围内，平均直径约为1.0μm的玻璃纤维制作第二隔板纸，其BET比表面积为1.2m2/g，厚度为0.30mm；
(2)使用直径在3μm～5μm范围内，平均直径约为4μm的玻璃纤维制作第一隔板纸，其BET比表面积为0.8m2/g，厚度为0.30mm；
(3)采用“W”型包板方式，由2层第二隔板纸中间夹2层第一隔板纸组成夹层结构的隔板，将第二隔板纸面朝向极板，制作6-DZM-20电池；(两层夹两层，厚度，第二隔板纸∶第一隔板纸为0.6mm∶0.6mm，隔板总厚度1.2mm。)
(4)电池经过灌酸化成，经过100％DOD循环10次充满电后立即分析不同位置隔板内电解液的密度发现，上层电解液密度为1.310g/ml，中层电解液密度为1.332g/ml，底层电解液密度为1.356g/ml，密度极差为0.046g/ml；
(5)电池首次两小时率放电时间为136min，按照100％DOD做循环寿命测试，循环100次，放电时间130min，连续3次放电时间低于96min时循环次数为426次。
实施例4
(1)使用直径在0.2μm～1.0μm范围内，平均直径约为0.6μm的玻璃纤维制作第二隔板纸，其BET比表面积为1.8m2/g，厚度为0.20mm；
(2)使用直径在8μm～10μm范围内，平均直径约为9μm的玻璃纤维制作第一隔板纸，其BET比表面积为0.3m2/g，厚度为0.80mm；
(3)采用“U”型包板方式，由2层第二隔板纸夹1层第一隔板纸组成夹层结构的隔板，相邻两片隔板的底部相连形成U形结构，正极板包覆在U形结构内，制作6-DZM-20电池；(2层夹1层，厚度，第二隔板纸∶第一隔板纸为0.4mm∶0.8mm，隔板总厚1.2mm。)
(4)电池经过灌酸化成，经过100％DOD循环10次充满电后立即分析不同位置隔板内电解液的密度发现，上层电解液密度为1.316g/ml，中层电解液密度为1.330g/ml，底层电解液密度为1.355g/ml，密度极差为0.049g/ml；
(5)电池首次两小时率放电时间为135min，按照100％DOD做循环寿命测试，循环100次，放电时间129min，连续3次放电时间低于96min时循环次数为505次。
实施例5
(1)使用直径在1.5μm～3μm范围内，平均直径约为2μm的玻璃纤维制作第二隔板纸，其BET比表面积为0.9m2/g，厚度为0.15mm；
(2)使用直径在5μm～8μm范围内，平均直径约为9μm的玻璃纤维制作第一隔板纸，其BET比表面积为0.6m2/g，厚度为0.90mm；
(3)采用“U”型包板方式，由2层第二隔板纸夹1层第一隔板纸组成夹层结构的隔板，相邻两片隔板的底部相连形成U形结构，正极板包覆在U形结构内，制作6-DZM-20电池；(两层夹1层，厚度，第二隔板纸∶第一隔板纸为0.3mm∶0.9mm，隔板总厚1.2mm。)
(4)电池经过灌酸化成，经过100％DOD循环10次充满电后立即分析不同位置隔板内电解液的密度发现，上层电解液密度为1.320g/ml，中层电解液密度为1.342g/ml，底层电解液密度为1.356g/ml，密度极差为0.036g/ml；
(5)电池首次两小时率放电时间为136min，按照100％DOD做循环寿命测试，循环100次，放电时间130min，连续3次放电时间低于96min时循环次数为426次。
实施例6
(1)使用直径在1.0μm～1.5μm范围内，平均直径约为1.2μm的玻璃纤维制作第二隔板纸，其BET比表面积为1.1m2/g，厚度为0.30mm；
(2)使用直径在3μm～5μm范围内，平均直径约为4μm的玻璃纤维制作第一隔板纸，其BET比表面积为0.8m2/g，厚度为1.20mm；
(3)采用“U”型包板方式，由2层第二隔板纸夹1层第一隔板纸组成夹层结构的隔板，相邻两片隔板的底部相连形成U形结构，正极板包覆在U形结构内，制作6-EVF-60电池；(两层夹1层，厚度，第二隔板纸∶第一隔板纸为0.6mm∶1.2mm，隔板总厚1.8mm。)
(4)电池经过灌酸化成，经过100％DOD循环10次充满电后立即分析不同位置隔板内电解液的密度发现，上层电解液密度为1.318g/ml，中层电解液密度为1.340g/ml，底层电解液密度为1.355g/ml，密度极差为0.037g/ml；
(5)电池首次三小时率放电时间为186min，按照100％DOD做循环寿命测试，循环100次，放电时间184min，连续3次放电时间低于144min时循环次数为626次。
实施例7
(1)使用直径在0.2μm～1.0μm范围内，平均直径约为0.6μm的玻璃纤维制作第二隔板纸，其BET比表面积为1.8m2/g，厚度为0.36mm；
(2)使用直径在3μm～6μm范围内，平均直径约为4μm的玻璃纤维制作第一隔板纸，其BET比表面积为0.7m2/g，厚度为1.44mm；
(3)采用“W”型包板方式，由2层第二隔板纸中间夹2层第一隔板纸组成夹层结构的隔板，将第二隔板纸面朝向极板，制作6-CNF-80电池；(两层夹两层，厚度，第二隔板纸∶第一隔板纸为0.72mm∶2.88mm，隔板总厚度3.6mm。)
(4)电池经过灌酸化成，经过100％DOD循环10次充满电后立即分析不同位置隔板内电解液的密度发现，上层电解液密度为1.256g/ml，中层电解液密度为1.270g/ml，底层电解液密度为1.288g/ml，密度极差为0.032g/ml；
(5)电池首次10小时率放电容量为85Ah，按照储能蓄电池国标做循环耐久性能测试，完成五个周期的测试后其10小时率容量仍有85％。
对比例1
(1)使用市售的普通AGM隔板，厚度为0.6mm，经测试其BET比表面积约为0.9g/m2；
(2)采用“W”型包板方式，制作6-DZM-20电池，隔板总厚度为1.2mm；
(3)电池经过灌酸化成，经过100％DOD循环10次充满电后立即分析不同位置隔板内电解液的密度发现，上层电解液密度为1.246g/ml，中层电解液密度为1.282g/ml，底层电解液密度为1.367g/ml，密度极差为0.121g/ml；
(4)电池首次两小时率放电时间为136min，按照100％DOD做循环寿命测试，循环100次，放电时间124min，连续3次放电时间低于96min时循环次数为318次。
对比例2
(1)使用市售的普通AGM隔板，厚度为1.8mm，经测试其BET比表面积约为0.8g/m2；
(2)采用“U”型包板方式，制作6-EVF-60电池，隔板总厚度为1.8mm；
(3)电池经过灌酸化成，经过100％DOD循环10次充满电后立即分析不同位置隔板内电解液的密度发现，上层电解液密度为1.231g/ml，中层电解液密度为1.307g/ml，底层电解液密度为1.368g/ml，密度极差为0.137g/ml；
(4)电池首次三小时率放电时间为185min，按照100％DOD做循环寿命测试，循环100次，放电时间178min，连续3次放电时间低于144min时循环次数为354次。
对比例3
(1)使用市售的普通AGM隔板，厚度为1.8mm，经测试其BET比表面积约为0.8g/m2；
(2)采用“W”型包板方式，制作6-CNF-80电池，隔板总厚度为3.6mm；
(3)电池经过灌酸化成，经过100％DOD循环10次充满电后立即分析不同位置隔板内电解液的密度发现，上层电解液密度为1.201g/ml，中层电解液密度为1.260g/ml，底层电解液密度为1.326g/ml，密度极差为0.125g/ml；
(4)电池首次10小时率放电容量为83Ah，按照储能蓄电池国标做循环耐久性能测试，完成四个周期的测试后其10小时率容量为76％达到寿命终止条件。
由实施例3-7及对比例1-3的实验结果，可以得出：本发明极群结构中的隔板使用由里层的第一隔板纸和两侧的第二隔板纸组成的夹层结构，能够有效抑制电解液的分层，同时可以显著延长电池的使用寿命。

Claims (1)

1.一种铅蓄电池极群，包括正极板、负极板和设置于正、负极板之间的隔板，其特征在于，所述隔板由中间的第一隔板纸和两侧的第二隔板纸层叠组成，其中，所述第一隔板纸使用直径在3μm～6μm范围内，平均直径为4μm的玻璃纤维制作，其BET比表面积为0.7m2/g，厚度为1.44mm；所述第二隔板纸使用直径在0.2μm～1.0μm范围内，平均直径为0.6μm的玻璃纤维制成，其BET比表面积为1.8m2/g，厚度为0.36mm；
采用W型包板方式，由2层第二隔板纸中间夹2层第一隔板纸组成夹层结构的隔板，将第二隔板纸面朝向极板。
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