CN108539202A - 铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺 - Google Patents

铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，包括制备板栅胚：其中合金材料为铝0.01～0.03%，锡0.01～2%，钙0.05～0.15%，余量为铅；将制得的板栅胚浸入含导电聚合物单体溶液中，0.5～5分钟后取出烘干1～10分钟，再冷却1～15分钟，接着浸入氧化溶液中，0.5～5分钟后取出烘干1～10分钟，再冷却3～15分钟；重复5～30次浸含导电聚合物单体溶液和浸氧化溶液步骤，之后清洗烘干。本发明利用导电聚合物的高耐腐蚀特性，对板栅胚进行表面包覆，提高板栅的耐腐性的同时利用导电聚合物的三维结构大大增强了板栅与电极活性物质层的结合力，提高了充电接受能力，进一步提高了铅碳电池的循环寿命。

Description

铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺。
背景技术
随着原油、天然气等资源渐渐消耗殆尽，能源给国家和个人带来的危机感越来越突出，新能源在二十一世纪经济发展中倍受关注。然而，无论是太阳能、风能技术等再生能源的发展，还是电动自行车、汽车启停、通信、工业电子、军工等领域需求，电源是最为关键的一环。
铅酸蓄电池因技术成熟、容易组装、性价比高等特点而被广泛应用于工业化生产。同时废旧铅酸蓄电池回收率高、资源再生利用率高、大大减少了铅污染问题。新能源汽车动力市场和再生能源储能市场的不断发展，要求二次电池能够在高功率部分荷电状态下，具有较长的循环寿命，而传统铅酸电池无法适应这种更高的要求，最主要原因是负极的“硫酸盐化”、板栅的腐蚀等问题。
铅碳电池是一种传统铅酸电池的技术升级，是在负极活性物质中引入具有双电层电容特性的碳材料，显著提高传统铅酸电池的循环寿命，这引起了人们广泛关注与研究。然而，现有板栅的耐腐蚀性能与长循环寿命的电极活性物质不匹配。特别是随着充放电循环次数的增加，板栅腐蚀严重，同时影响电极活性物质与板栅结合力逐渐下降，严重影响铅碳电池的性能问题凸现出来。
发明内容
为克服现有技术存在的技术缺陷，本发明提供一种铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，简单可控，适宜于大规模生产，可显著提高电池充放接受能力。
本发明采用的技术解决方案是：
铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、制备板栅胚：熔炼合金材料，所述合金材料由如下组分按质量百分比构成：铝0.01%～0.03%；锡0.01%～2.00%；钙0.05%～0.15%；余量为铅。随后按照常规铸板操作制备板栅胚，在铸板过程中将板栅模具温度严格控制在100℃～190℃；
S2、导电聚合物层包覆在板栅胚表面；将S1步骤制得的板栅胚浸入含导电聚合物单体的溶液中，0.5min～5min后取出并在40℃～90℃下烘干1min～10min，再冷却1min～15min。接着，浸入氧化溶液中，0.5min～5min后取出并在40℃～90℃下烘干1min～10min，再冷却3min～15min；如此重复5～30次上述的浸含导电聚合物单体的溶液和浸氧化溶液步骤，之后清洗烘干，从而制备出在板栅胚表面包覆导电聚合物层。
优选地，所述熔炼合金材料步骤具体为：将铅投入到490℃～600℃的铅炉中，待铅完全熔化后再在搅拌的同时加入上述质量百分比的铝、锡和钙原料，搅拌直至各组分充分混合，组分均一。
优选地，所述氧化溶液由第一溶剂及溶解于第一溶剂当中的氧化剂组成，所述氧化剂在氧化溶液的质量百分比2%～16%。
优选地，所述氧化剂选自三氯化铁、过硫酸铵、过硫酸钠、高锰酸钾、高氯酸和过氧化氢中的至少一种。
优选地，所述第一溶剂可为水或有机溶剂或两者的混合液。
优选地，所述含导电聚合物单体的溶液由第二溶剂及溶解于第二溶剂当中的导电聚合物单体和掺杂剂组成，其中所述导电聚合物的单体的质量百分比为0.5%～8.0%，所述掺杂剂的质量百分比为0.1%～4%。
优选地，所述导电聚合物单体选自吡咯、噻吩、苯胺和其衍生物中的至少一种。
优选地，所述掺杂剂选自硫酸盐和磺酸盐中的至少一种。
优选地，其特征在于，所述导电聚合物层与板栅胚的质量比为(0.5～5)︰100。
本发明的有益效果：
1、本发明利用导电聚合物的高耐腐蚀特性，对板栅胚进行表面包覆，进一步提高板栅的耐腐性，同时利用导电聚合物的三维结构大大增强了板栅与电极活性物质层的结合力，提高了充电接受能力，进一步提高了铅碳电池的循环寿命。
2、本发明通过多组金属组合制备合金板栅胚，金相组织结构更加合理和稳定，提高其耐腐蚀性。
3、本发明可操作性强，不需要更换设备，适合大规模的技术改造、推广，具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供一种铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其中板栅由板栅胚及包覆在板栅胚表面的导电聚合物层组成，所述导电聚合物层与板栅胚的质量比为1.1︰100。
在本实施例中，所述板栅胚由如下组分按质量百分比构成：0.02% 铝；0.03%锡；0.12%钙；余量为铅。所述板栅胚的制备工艺具体为：将铅投入到570℃的铅炉中，待铅完全熔化后再在搅拌的同时加入上述质量百分比的铝、锡和钙原料，搅拌直至各组分充分混合，组分均一；随后按照常规铸板操作制备板栅胚，在铸板过程中将板栅模具温度严格控制在150℃。
在本实施例中，所述导电聚合物层通过化学聚合法包覆在经熔炼、模铸制备好的板栅胚表面，具体做法为：将需要包覆导电聚合物层的板栅胚部分浸入含导电聚合物单体的溶液中，1min后取出并在70℃下烘干4min，再冷却5min；接着，浸入氧化溶液中，1min后取出并在70℃下烘干4min，再冷却5min；如此循环重复8次上述的浸含导电聚合物单体的溶液和浸氧化溶液步骤，之后清洗烘干，从而制备出在板栅胚表面包覆导电聚合物层。
上述氧化溶液由第一溶剂及溶解于第一溶剂当中的氧化剂组成，其中第一溶剂为水，所述氧化剂为过硫酸钠，其在氧化溶液的质量百分比8.6%。上述导电聚合物单体溶液由第二溶剂及溶解于第二溶剂当中的导电聚合物单体和掺杂剂组成，其中：所述第二溶剂可为水；所述导电聚合物单体为吡咯，其在导电聚合物单体溶液的质量百分比为3.0%；所述掺杂剂为对甲苯磺酸钠，其在导电聚合物单体溶液的质量百分比为2.0%。
实施例2：
本实施例提供一种铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其中板栅由板栅胚及包覆在板栅胚表面的导电聚合物层组成，所述导电聚合物层与板栅胚的质量比为1.5︰100。
本实施例2的所述板栅胚组分及用料同实施例1的板栅胚一样，本实施例2的所述板栅胚的制备工艺也同实施例1的板栅胚一样。
本实施例的所述导电聚合物层通过化学聚合法包覆在经熔炼、模铸制备好的板栅胚表面，具体做法为：将需要包覆导电聚合物层的板栅胚部分浸入含导电聚合物单体的溶液中，2min后取出并在70℃下烘干6min，再冷却8min；接着浸入氧化溶液中，2min后取出并在70℃下烘干6min，再冷却8min，如此循环重复12次上述的浸含导电聚合物单体的溶液和浸氧化溶液步骤，之后清洗烘干，从而制备出在板栅胚表面包覆导电聚合物层。
其中：所述氧化溶液由第一溶剂及溶解于第一溶剂当中的氧化剂组成，其中第一溶剂为水，所述氧化剂为过硫酸钠，其在氧化溶液的质量百分比3.9%。所述导电聚合物单体溶液由第二溶剂及溶解于第二溶剂当中的导电聚合物单体和掺杂剂组成，其中：所述第二溶剂为水；所述导电聚合物单体为苯胺，其在导电聚合物单体溶液的质量百分比为2%；所述掺杂剂为硫酸钠，其在导电聚合物单体溶液的质量百分比为2%。
实施例3：
本实施例提供一种铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其中板栅由板栅胚及包覆在板栅胚表面的导电聚合物层组成，所述导电聚合物层与板栅胚的质量比为1.5︰100。
本实施例3的所述板栅胚组分及用料同实施例1的板栅胚一样，本实施例3的所述板栅胚的制备工艺具体为：将铅投入到570℃的铅炉中，待铅完全熔化后再在搅拌的同时加入上述质量百分比的铝、锡和钙原料，搅拌直至各组分充分混合，组分均一；随后按照常规铸板操作制备板栅胚，在铸板过程中将板栅模具温度严格控制在150℃。
本实施例的所述导电聚合物层通过化学聚合法包覆在经熔炼、模铸制备好的板栅胚表面，具体做法为：将需要包覆导电聚合物层的板栅胚部分浸入含导电聚合物单体的溶液中，3min后取出并在60℃下烘干6min，再冷却6min；接着浸入氧化溶液中，3min后取出并在60℃下烘干6min，再冷却6min，如此循环重复20次上述的浸含导电聚合物单体的溶液和浸氧化溶液步骤，之后清洗烘干，从而制备出在板栅胚表面包覆导电聚合物层。
其中：所述氧化溶液由第一溶剂及溶解于第一溶剂当中的氧化剂组成，其中第一溶剂为氯仿，所述氧化剂为三氯化铁，其在氧化溶液的质量百分比4.0%。所述导电聚合物单体溶液由第二溶剂及溶解于第二溶剂当中的导电聚合物单体和掺杂剂组成，其中：所述第二溶剂为氯仿；所述导电聚合物单体为噻吩，其在导电聚合物单体溶液的质量百分比为4.0%；所述掺杂剂为对甲苯磺酸，其在导电聚合物单体溶液的质量百分比为2.0%。
实施例4：
本实施例提供一种铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其中板栅由板栅胚及包覆在板栅胚表面的导电聚合物层组成，所述导电聚合物层与板栅胚的质量比为0.5︰100。
在本实施例中，所述板栅胚由如下组分按质量百分比构成：0.01% 铝；2.00%锡；0.11%钙；余量为铅。所述板栅胚的制备工艺具体为：将铅投入到490℃的铅炉中，待铅完全熔化后再在搅拌的同时加入上述质量百分比的铝、锡和钙原料，搅拌直至各组分充分混合，组分均一；随后按照常规铸板操作制备板栅胚，在铸板过程中将板栅模具温度严格控制在170℃。
在本实施例中，所述导电聚合物层通过化学聚合法包覆在经熔炼、模铸制备好的板栅胚表面，具体做法为：将需要包覆导电聚合物层的板栅胚部分浸入含导电聚合物单体的溶液中，1min后取出并在60℃下烘干5min，再冷却5min；接着，浸入氧化溶液中，1min后取出并在60℃下烘干5min，再冷却5min；如此循环重复10次上述的浸含导电聚合物单体的溶液和浸氧化溶液步骤，之后清洗烘干，从而制备出在板栅胚表面包覆导电聚合物层。
上述氧化溶液由第一溶剂及溶解于第一溶剂当中的氧化剂组成，其中第一溶剂为水，所述氧化剂为过硫酸铵，其在氧化溶液的质量百分比16%。上述导电聚合物单体溶液由第二溶剂及溶解于第二溶剂当中的导电聚合物单体和掺杂剂组成，其中：所述第二溶剂可为乙醇水溶液；所述导电聚合物单体为吡咯，其在导电聚合物单体溶液的质量百分比为0.5%；所述掺杂剂为对甲苯磺酸，其在导电聚合物单体溶液的质量百分比为0.1%。
实施例5：
本实施例提供一种铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其中板栅由板栅胚及包覆在板栅胚表面的导电聚合物层组成，所述导电聚合物层与板栅胚的质量比为5.0︰100。
在本实施例中，所述板栅胚由如下组分按质量百分比构成：0.03% 铝；0.55%锡；0.15%钙；余量为铅。所述板栅胚的制备工艺具体为：将铅投入到550℃的铅炉中，待铅完全熔化后再在搅拌的同时加入上述质量百分比的铝、锡和钙原料，搅拌直至各组分充分混合，组分均一；随后按照常规铸板操作制备板栅胚，在铸板过程中将板栅模具温度严格控制在150℃。
在本实施例中，所述导电聚合物层通过化学聚合法包覆在经熔炼、模铸制备好的板栅胚表面，具体做法为：将需要包覆导电聚合物层的板栅胚部分浸入含导电聚合物单体的溶液中，0.5min后取出并在40℃下烘干5min，再冷却1min；接着，浸入氧化溶液中，0.5min后取出并在40℃下烘干5min，再冷却1min；如此循环重复28次上述的浸含导电聚合物单体的溶液和浸氧化溶液步骤，之后清洗烘干，从而制备出在板栅胚表面包覆导电聚合物层。
上述氧化溶液由第一溶剂及溶解于第一溶剂当中的氧化剂组成，其中第一溶剂为水，所述氧化剂为高锰酸钾，其在氧化溶液的质量百分比2.0%。上述导电聚合物单体溶液由第二溶剂及溶解于第二溶剂当中的导电聚合物单体和掺杂剂组成，其中：所述第二溶剂可为水；所述导电聚合物单体为吡咯，其在导电聚合物单体溶液的质量百分比为8.0%；所述掺杂剂为对甲苯磺酸钠，其在导电聚合物单体溶液的质量百分比为4.0%。
实施例6：
本实施例提供一种铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其中板栅由板栅胚及包覆在板栅胚表面的导电聚合物层组成，所述导电聚合物层与板栅胚的质量比为5.0︰100。
在本实施例中，所述板栅胚由如下组分按质量百分比构成：0.014% 铝；0.01%锡；0.05%钙；余量为铅。所述板栅胚的制备工艺具体为：将铅投入到600℃的铅炉中，待铅完全熔化后再在搅拌的同时加入上述质量百分比的铝、锡和钙原料，搅拌直至各组分充分混合，组分均一；随后按照常规铸板操作制备板栅胚，在铸板过程中将板栅模具温度严格控制在150℃。
在本实施例中，所述导电聚合物层通过化学聚合法包覆在经熔炼、模铸制备好的板栅胚表面，具体做法为：将需要包覆导电聚合物层的板栅胚部分浸入含导电聚合物单体的溶液中，2min后取出并在60℃下烘干5min，再冷却5min；接着，浸入氧化溶液中，2min后取出并在60℃下烘干5min，再冷却5min；如此循环重复15次上述的浸含导电聚合物单体的溶液和浸氧化溶液步骤，之后清洗烘干，从而制备出在板栅胚表面包覆导电聚合物层。
上述氧化溶液由第一溶剂及溶解于第一溶剂当中的氧化剂组成，其中第一溶剂为水，所述氧化剂为三氯化铁，其在氧化溶液的质量百分比4.0%。上述导电聚合物单体溶液由第二溶剂及溶解于第二溶剂当中的导电聚合物单体和掺杂剂组成，其中：所述第二溶剂可为乙醇水溶液；所述导电聚合物单体为苯胺，其在导电聚合物单体溶液的质量百分比为5.0%；所述掺杂剂为在导电聚合物单体溶液的质量百分比分别为0.1%的对甲苯磺酸钠和2.0%的硫酸钠。
对比例：
常规铅碳电池负极板的制备：将常规的铅碳电池负极的铅膏涂覆在常规板栅表面，再经过固化处理制备负极板。
常规铅碳电池正极板的制备：将常规的铅碳电池正极的铅膏涂覆在常规板栅表面，再经过固化处理制备正极板。
上述各实施例和各对比例制得的电池进行充电接受能力测试，试验方法执行GB22476-2008《储能铅酸蓄电池》，同时采用酸蚀试验方法评价板栅的耐腐蚀性，试验结果如表2所示。
以上显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及本发明的优点，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，在不脱离本发明创造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范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、制备板栅胚：熔炼合金材料，所述合金材料由如下组分按质量百分比构成：铝0.01%～0.03%，锡0.01%～2.00%，钙0.05%～0.15%，余量为铅；随后按照常规铸板操作制备板栅胚，在铸板过程中将板栅模具温度严格控制在100℃～190℃；
S2、导电聚合物层包覆在板栅胚表面：将S1步骤制得的板栅胚浸入含导电聚合物单体的溶液中，0.5min～5min后取出并在40℃～90℃下烘干1min～10min，再冷却1min～15min，接着浸入氧化溶液中，0.5min～5min后取出并在40℃～90℃下烘干1min～10min，再冷却3min～15min；如此重复5～30次上述的浸含导电聚合物单体的溶液和浸氧化溶液步骤，之后清洗烘干，从而制备出在板栅胚表面包覆导电聚合物层。
2.根据权利要求1所述的铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其特征在于，铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、制备板栅胚：熔炼合金材料，所述合金材料由如下组分按质量百分比构成：铝0.01%～0.03%，锡0.01%～2.00%，钙0.05%～0.15%，余量为铅；随后按照常规铸板操作制备板栅胚，在铸板过程中将板栅模具温度严格控制在150℃～170℃；
S2、导电聚合物层包覆在板栅胚表面：将S1步骤制得的板栅胚浸入含导电聚合物单体的溶液中，0.5min～3min后取出并在40℃～70℃下烘干4min～6min，再冷却1min～8min。接着，浸入氧化溶液中，0.5min～3min后取出并在40℃～70℃下烘干4min～6min，再冷却1min～8min；如此重复8～28次上述的浸含导电聚合物单体的溶液和浸氧化溶液步骤，之后清洗烘干，从而制备出在板栅胚表面包覆导电聚合物层。
3.根据权利要求1或2所述的铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其特征在于，所述熔炼合金材料步骤具体为：将铅投入到490℃～600℃的铅炉中，待铅完全熔化后再在搅拌的同时加入上述质量百分比的铝、锡和钙原料，搅拌直至各组分充分混合，组分均一。
4.根据权利要求1或2所述的铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其特征在于，所述氧化溶液由第一溶剂及溶解于第一溶剂当中的氧化剂组成，所述氧化剂在氧化溶液的质量百分比2%～16%。
5.根据权利要求4所述的铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其特征在于，所述氧化剂选自三氯化铁、过硫酸铵、过硫酸钠、高锰酸钾、高氯酸和过氧化氢中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其特征在于，所述第一溶剂可为水或有机溶剂或两者的混合液。
7.根据权利要求1或2所述的铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其特征在于，所述含导电聚合物单体的溶液由第二溶剂及溶解于第二溶剂当中的导电聚合物单体和掺杂剂组成，其中所述导电聚合物的单体的质量百分比为0.5%～8.0%，所述掺杂剂的质量百分比为0.1%～4%。
8.根据权利要求7所述的铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其特征在于，所述导电聚合物单体选自吡咯、噻吩、苯胺和其衍生物中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其特征在于，所述掺杂剂选自硫酸盐和磺酸盐中的至少一种。
10.根据权利要求1或2所述的铅碳电池用的高耐腐蚀板栅制备工艺，其特征在于，所述导电聚合物层与板栅胚的质量比为(0.5～5)︰100。
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