CN107452947B - 一种铅蓄电池正极板铅膏及其制备方法、铅蓄电池 - Google Patents

一种铅蓄电池正极板铅膏及其制备方法、铅蓄电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铅蓄电池技术领域，具体的说，涉及一种铅蓄电池正极板铅膏及其制备方法，以及使用该正极板铅膏的铅蓄电池，所述铅蓄电池正极板铅膏，包含有以下重量份的物质：铅粉1000份，胶体石墨2‑5份，锑的氧化物0.1‑2份，四碱式硫酸铅1‑15份，四氧化三铅20‑50份，纤维0.1‑2份，稀硫酸60‑100份，纯水60‑100份，加工回用粉2‑15份；本发明提供的铅蓄电池正极板铅膏，降低了铅膏对板栅合金的腐蚀，提高了铅膏与板栅合金的结合力；通过较大比例的石墨的加入，促使电池的导电性能的极大提高，电池的大电流充电接收能力好。

Description

一种铅蓄电池正极板铅膏及其制备方法、铅蓄电池
技术领域
本发明涉及铅蓄电池技术领域，具体的说，涉及一种铅蓄电池正极板铅膏及其制备方法，以及使用该正极板铅膏的铅蓄电池。
背景技术
目前，为电动助力车用提供动力电源的有锂蓄电池，镍氢、燃料电池，磷酸锂铁和铅蓄电池，它们各有优缺点，但是相对而言，铅蓄电池因其技术成熟，安全可靠，原料丰富，价格便宜，可回收利用等特点，逐渐成为了首选的动力电源。
可充电的铅蓄电池的主要原理为：放电时，正极板的二氧化铅和负极板的海绵状铅与电解液中的硫酸反应生成硫酸铅；充电过程中，硫酸铅通过氧化还原反应分别恢复成正极板上的二氧化铅和负极板上呈海绵状的铅。作为铅蓄电池中真正参与电池反应的活性物质，即铅和二氧化铅是疏松的多孔体，需要固定在载体上，通常，用铅或铅基合金制成的栅栏片状物为载体，使得活性物质固定在其中，这种物体称之为板栅，铅蓄电池中分别有正极板栅和负极板栅，其作用主要是支撑活性物质并传输电流。
传统的铅膏，主要为硫酸铅、氧化铅和游离铅，经过化成后转化为活性物质，即正极铅膏氧化生产二氧化铅，负极铅膏还原生成铅，由于二氧化铅的电阻大，电荷接受能力差，放电时由于浓差极化等因素的影响，活性物质的利用率低，而负极铅膏充电时硫酸铅发生还原反应生产海绵状纯铅时，负极板的体积收缩近一倍，收缩越大，孔隙越小，活性物质的利用率越低。另外，作为活性物质的载体，铅锑合金不耐腐蚀，当被腐蚀后的板栅无法起到支撑作用时，活性物质会脱离，造成短路；充电电压过高时，板栅的析氢电位低，会开始分解水，造成水的减少而需要经常加水维护；铅膏的导电性能也关乎到在大电流快充时温度的有效控制。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的之一在于提供一种铅蓄电池正极板铅膏。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种铅蓄电池正极板铅膏，包含有以下重量份的物质：铅粉1000份，胶体石墨2-5份，锑的氧化物0.1-2份，四碱式硫酸铅1-15份，四氧化三铅20-50份，纤维0.1-2份，稀硫酸60-100份，纯水60-100份，加工回用粉2-15份。
所述的四碱式硫酸铅，其晶型细长，热力学性能稳定，能够为极板活性物质提供强而有力的骨架支撑，增强极板的机械强度，改善正极板活性物质的结构和性能，提高铅蓄电池的比容量和使用寿命；同时，添加的稀硫酸也能在和膏的过程中生成一定量的碱式硫酸铅，进一步增强机械强度。
优选的，所述的铅蓄电池正极板铅膏包含有以下重量份的物质：铅粉1000份，胶体石墨3.0-4.5份，锑的氧化物0.6-1.2份，四碱式硫酸铅5-10份，四氧化三铅25-50份，纤维0.6-1.2份，稀硫酸80-100份，纯水80-100份，加工回用粉6-10份。
优选的，所述的铅蓄电池正极板铅膏包含有以下重量份的物质：铅粉1000份，胶体石墨4份，锑的氧化物0.8份，四碱式硫酸铅8份，四氧化三铅40份，纤维1份，稀硫酸90份，纯水90份，加工回用粉8份。
根据本发明，本发明中锑的氧化物作为铅蓄电池正极板的辅助成分，可以降低电池的自放电，增加活性物质在极板中的孔隙率，提高比能量；锑离子在铅氧化过程中起着电催化的作用，有效减少了PbO的生成，降低腐蚀层的电阻，另外锑离子还可以提高PbO2晶胶区电子导电特性，稳定晶胶区反应时晶胶浓度，从而提高其电极反应后期的导电性；所述的锑的氧化物可以选自Sb2O3、Sb2O5中的至少一种。
根据本发明，本发明中所述的正极板铅膏中的石墨为胶体石墨，当把胶体石墨干燥呈涂膜状态时，石墨粒子极易被涂敷附着，具有很强的涂膜附着力，微细的石墨粒子涂层呈致密充填状态，具有优异的导电性和润滑性，对提高铅蓄电池的大电流充电接收能力具由至关重要的作用。
根据本发明，本发明中所述的纤维为长度在35-150mm的短纤维，短纤维的作用在于粘合，提高活性物质之间的结合力，使得铅膏与板栅之间有很好的结合力从而达到固化的目的，短纤维的用量不宜过多，用量过多时势必会减少活性物质的含量。
根据本发明，为了降低生产成本，所述的正极板铅膏中还含有加工回用粉，所述的加工回用粉为回收的废旧正极铅膏，粒径为30-50目。
本发明还提供了该铅蓄电池正极板铅膏的制备方法，包括以下步骤：
(1)称料：按正极铅膏配方称取各原料组分；
(2)进料，先将配方中至少一半的铅粉加入到和膏机中使其尽量平铺，然后再加入锑的氧化物、四碱式硫酸铅、四氧化三铅、纤维和加工回用粉，最后在加入剩余的铅粉，开启和膏机进行干混，使固体物质混合均匀；
(3)进水，取用至少一半的配方中的水连续不断的加入到和膏机中，缓慢搅拌，将胶体石墨添加到和膏机中，继续添加剩余的配方中的水，进水结束后连续和膏至铅粉和水等物质混合均匀；
(4)加酸，向和膏机中加稀硫酸，控制加酸的流量，控制和膏机中温度不超过80℃，至酸液加完。
优选的，所述的步骤(2)中，干混的时间控制在2-3min。
优选的，所述的步骤(3)中，进水时间控制在1min内。
本发明还提供了一种铅蓄电池，包括正极板和负极板，所述的正极板包括上述所述的正极板铅膏。
与现有技术相比，本发明提供的铅蓄电池正极板铅膏中，锑的氧化物、四碱式硫酸铅、四氧化三铅和纤维的协同作用，具有如下有益效果：
1、降低了铅膏对板栅合金的腐蚀，提高了铅膏与板栅合金的结合力；
2、通过较大比例的石墨的加入，促使电池的导电性能的极大提高，电池的大电流充电接收能力好；
3、电池内部含有的胶体石墨，及锑的氧化物的作用，使得电池的内阻小，在大电流充电时，极化电压低，在不超过析氢氧电位状态下完成充电，不失水，保证了电池在大电流快速充电的情况下具有较长的使用寿命。
4、电池内部导电性能的提高，使得电流分布均匀，在大电流快速充电时，温度得到有效控制。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
一种铅蓄电池正极板铅膏，包含有以下重量份的物质：
铅粉1000份，胶体石墨4份，Sb2O3 0.8份，四碱式硫酸铅8份，四氧化三铅40份，短纤维1份，稀硫酸90份，纯水90份，加工回用粉8份；
所述短纤维的平均长度为80mm；所述的加工回用粉为40目；
该铅蓄电池正极板铅膏的制备方法包括以下步骤：
(1)称料：按正极铅膏配方称取各原料组分；
(2)进料，先将配方中至少一半的铅粉加入到和膏机中使其尽量平铺，然后再加入锑的氧化物、四碱式硫酸铅、四氧化三铅、纤维和加工回用粉，最后在加入剩余的铅粉，开启和膏机进行干混，使固体物质混合均匀，干混的时间控制在2min；
(3)进水，取用至少一半的配方中的水连续不断的加入到和膏机中，缓慢搅拌，将胶体石墨添加到和膏机中，继续添加剩余的配方中的水，进水结束后连续和膏至铅粉和水等物质混合均匀，进水时间控制在1min内；
(4)加酸，向和膏机中加稀硫酸，控制加酸的流量，控制和膏机中温度不超过80℃，至酸液加完。
实施例2
一种铅蓄电池正极板铅膏，包含有以下重量份的物质：
铅粉1000份，胶体石墨3.0份，Sb2O3 0.6份，四碱式硫酸铅5份，四氧化三铅25份，短纤维0.6份，稀硫酸80份，纯水80份，加工回用粉6份；
所述短纤维的平均长度为40mm；所述的加工回用粉为30目；
该铅蓄电池正极板铅膏的制备方法包括以下步骤：
(1)称料：按正极铅膏配方称取各原料组分；
(2)进料，先将配方中至少一半的铅粉加入到和膏机中使其尽量平铺，然后再加入锑的氧化物、四碱式硫酸铅、四氧化三铅、纤维和加工回用粉，最后在加入剩余的铅粉，开启和膏机进行干混，使固体物质混合均匀，干混的时间控制在2min；
(3)进水，取用至少一半的配方中的水连续不断的加入到和膏机中，缓慢搅拌，将胶体石墨添加到和膏机中，继续添加剩余的配方中的水，进水结束后连续和膏至铅粉和水等物质混合均匀，进水时间控制在1min内；
(4)加酸，向和膏机中加稀硫酸，控制加酸的流量，控制和膏机中温度不超过80℃，至酸液加完。
实施例3
一种铅蓄电池正极板铅膏，包含有以下重量份的物质：
铅粉1000份，胶体石墨4.5份，Sb2O3 1.2份，四碱式硫酸铅10份，四氧化三铅50份，短纤维1.2份，稀硫酸100份，纯水100份，加工回用粉10份；
所述短纤维的平均长度为90mm；所述的加工回用粉为50目；
该铅蓄电池正极板铅膏的制备方法包括以下步骤：
(1)称料：按正极铅膏配方称取各原料组分；
(2)进料，先将配方中至少一半的铅粉加入到和膏机中使其尽量平铺，然后再加入锑的氧化物、四碱式硫酸铅、四氧化三铅、纤维和加工回用粉，最后在加入剩余的铅粉，开启和膏机进行干混，使固体物质混合均匀，干混的时间控制在3min；
(3)进水，取用至少一半的配方中的水连续不断的加入到和膏机中，缓慢搅拌，将胶体石墨添加到和膏机中，继续添加剩余的配方中的水，进水结束后连续和膏至铅粉和水等物质混合均匀，进水时间控制在1min内；
(4)加酸，向和膏机中加稀硫酸，控制加酸的流量，控制和膏机中温度不超过80℃，至酸液加完。
实施例4
一种铅蓄电池正极板铅膏，包含有以下重量份的物质：
铅粉1000份，胶体石墨2份，Sb2O5 0.1份，四碱式硫酸铅1份，四氧化三铅20份，短纤维0.1份，稀硫酸60份，纯水60份，加工回用粉2份；
所述短纤维的平均长度为35mm；所述的加工回用粉为30目；
该铅蓄电池正极板铅膏的制备方法包括以下步骤：
(1)称料：按正极铅膏配方称取各原料组分；
(2)进料，先将配方中至少一半的铅粉加入到和膏机中使其尽量平铺，然后再加入锑的氧化物、四碱式硫酸铅、四氧化三铅、纤维和加工回用粉，最后在加入剩余的铅粉，开启和膏机进行干混，使固体物质混合均匀，干混的时间控制在3min；
(3)进水，取用至少一半的配方中的水连续不断的加入到和膏机中，缓慢搅拌，将胶体石墨添加到和膏机中，继续添加剩余的配方中的水，进水结束后连续和膏至铅粉和水等物质混合均匀，进水时间控制在1min内；
(4)加酸，向和膏机中加稀硫酸，控制加酸的流量，控制和膏机中温度不超过80℃，至酸液加完。
实施例5
一种铅蓄电池正极板铅膏，包含有以下重量份的物质：
铅粉1000份，胶体石墨5份，Sb2O5 2份，四碱式硫酸铅15份，四氧化三铅50份，短纤维2份，稀硫酸100份，纯水100份，加工回用粉15份；
所述短纤维的平均长度为150mm；所述的加工回用粉为50目；
该铅蓄电池正极板铅膏的制备方法包括以下步骤：
(1)称料：按正极铅膏配方称取各原料组分；
(2)进料，先将配方中至少一半的铅粉加入到和膏机中使其尽量平铺，然后再加入锑的氧化物、四碱式硫酸铅、四氧化三铅、纤维和加工回用粉，最后在加入剩余的铅粉，开启和膏机进行干混，使固体物质混合均匀，干混的时间控制在3min；
(3)进水，取用至少一半的配方中的水连续不断的加入到和膏机中，缓慢搅拌，将胶体石墨添加到和膏机中，继续添加剩余的配方中的水，进水结束后连续和膏至铅粉和水等物质混合均匀，进水时间控制在1min内；
(4)加酸，向和膏机中加稀硫酸，控制加酸的流量，控制和膏机中温度不超过80℃，至酸液加完。
对比例1
将实施例1中的胶体石墨更换为普通石墨，其它不变。
对比例2
将实施例1中的短纤维更换为长纤维，及纤维的平均长度大于150mm。
将以上实施例1-5、对比例1-2的正极板铅膏涂敷在正极板栅上，然后组装铅蓄电池，经历同样的化成工艺，然后通过以下方法检测电池在大电流充电情况下的充电效率：
将实施例1-5、对比例1-2的电池用2C倍率在-△V＝10mV的情况下充电30min，0.5C倍率放电到1.0V，计算电池放电容量，并与该电池在0.5C倍率充电144min(-△V＝10mV)，0.5C倍率放电到1.0V电池放电容量比较，从而考察其在大电流充电情况下的充电效率。将大电流充电后的电池放电容量与该电池在0.5C倍率充电144min
(-△V＝10mV)，0.5C倍率放电到1.0V电池放电容量的比值用百分比表示。
表1实施例1-5与对比例1-2的电池的检测结果
Figure BDA0001364597580000081
Figure BDA0001364597580000091
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种铅蓄电池正极板铅膏，其特征在于：包含有以下重量份的物质制成：铅粉1000份，胶体石墨3.0-4.5份，锑的氧化物0.6-1.2份，四碱式硫酸铅5-10份，四氧化三铅25-50份，纤维0.6-1.2份，稀硫酸80-100份，纯水80-100份，加工回用粉6-10份；
所述的纤维为长度为35-150mm的短纤维；
所述的加工回用粉为回收的废旧正极铅膏，粒径为30-50目。
2.根据权利要求1所述的铅蓄电池正极板铅膏，其特征在于：包含有以下重量份的物质制成：铅粉1000份，胶体石墨4份，锑的氧化物0.8份，四碱式硫酸铅8份，四氧化三铅40份，纤维1份，稀硫酸90份，纯水90份，加工回用粉8份。
3.根据权利要求1所述的铅蓄电池正极板铅膏，其特征在于：所述锑的氧化物选自Sb2O3、Sb2O5中的至少一种。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的铅蓄电池正极板铅膏的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)称料：按正极铅膏配方称取各原料组分；
(2)进料，先将配方中至少一半的铅粉加入到和膏机中使其尽量平铺，然后再加入锑的氧化物、四碱式硫酸铅、四氧化三铅、纤维和加工回用粉，最后在加入剩余的铅粉，开启和膏机进行干混，使固体物质混合均匀；
(3)进水，取用至少一半的配方中的水连续不断的加入到和膏机中，缓慢搅拌，将胶体石墨添加到和膏机中，继续添加剩余的配方中的水，进水结束后连续和膏至铅粉和水等物质混合均匀；
(4)加酸，向和膏机中加稀硫酸，控制加酸的流量，控制和膏机中温度不超过80℃，至酸液加完。
5.根据权利要求4所述的铅蓄电池正极板铅膏的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，干混的时间控制在2-3min。
6.根据权利要求4所述的铅蓄电池正极板铅膏的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，进水时间控制在1min内。
7.一种铅蓄电池，包括正极板和负极板，其特征在于：所述的正极板使用如权利要求1-3任意一项所述的正极板铅膏。
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