CN108630902A - 一种铅蓄电池极板制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅蓄电池极板制造工艺，属于蓄电池制造技术领域。所述制造工艺包括，(1)将铸造的板栅置于含双氧水的水汽条件下进行时效处理，时效结束后，干燥；(2)将铅膏涂布于时效处理后的板栅上，经淋酸辊压制后，再进行振动压实，制得生极板；(3)对生极板进行固化干燥处理。本发明板栅采用双氧水环境下的高温高湿快速时效处理，使得板栅表面粗糙化，保证铅膏与极板的紧密接触；极板涂板后振动压实的生产方式，加强了铅膏与板栅的结合力以及铅膏之间的结合力，减少了蓄电池PCL现象及活性物质脱落问题，进而提高了蓄电池的循环寿命，并缩短了蓄电池的生产周期。

Description

一种铅蓄电池极板制造工艺
技术领域
本发明涉及蓄电池制造技术领域，具体涉及一种铅蓄电池极板制造工艺。
背景技术
铅蓄电池具有结构简单、性能可靠、使用方便、原料易得和价格便宜等优点，被广泛应用于交通运输、通讯和国防等国民经济中的众多领域，已成为社会生产和人类生活中不可缺少的能源产品。
铅蓄电池极板是影响铅蓄电池的电性能的主要因素之一。制备铅蓄电池极板通常按照如下步骤：首先，使用铅粉为主要原料，与水、硫酸等原料混合在一起后，将其调制成铅膏；然后，将铅膏填充到用铅合金铸造而成的板栅格子体上面，经过熟化、干燥工艺的处理后，制造成一种生极板，然后将所述生极板进行化成处理，形成铅蓄电池极板。
蓄电池板栅的作用是填涂铅膏的骨架和导电的主体，通常浇铸好的板栅要存放7天，经过此时效使板栅晶粒间的间隙减小，从而板栅强度增加，利于填涂铅膏，并且由于晶粒间隙减小更耐腐蚀。CN 103490043 A公开了一种电池极板的制作方法，包括：铅钙合金浇铸成的板栅在温度为65～85℃、湿度为70～90％的条件下氧化处理20～30h，板栅表面由于氧化腐蚀生成氢氧化腐蚀产物而变粗糙，和铅膏中经氧化作用产生的铅的氢氧化物的粘结变得牢固，增强了铅钙板栅与活性物质间的结合力，改善了阀控式密封铅酸蓄电池的PCL现象。
和膏作为电池工序的关键工序，其质量的好坏直接影响电池的性能，特别是电池的寿命及电池初期性能，CN 103762358 A公开了一种铅酸蓄电池用正极铅膏及其制备方法，在正极铅膏中添加4BS晶种，同时采用高温和膏工艺(和膏温度保持在70℃以上的时间不低于5min)，更加促使4BS发挥晶种作用，生成大量的4BS，提高电池的循环使用寿命。但是在实际大生产操作过程中高温工艺的不稳定性，造成极板物质不均匀，对电池一致性有不利影响。
涂板工序中，将铅膏填充到板栅上后，湿极板表面需要经过淋酸压辊的特殊处理，压酸辊对极板进行滚压，淋酸液附着于极板表面。其目的是使极板表面平整，同时在极板表面生成一层很薄的硫酸铅层来保护极板表面，但是随着充放电反复进行，铅膏活性物质发生软化极易从板栅上脱落，造成蓄电池的失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铅蓄电池极板制造工艺，以克服现有技术中极板生产周期长、极板活性物质易软化脱落、使用寿命短等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铅蓄电池极板制造工艺，包括以下步骤：
(1)将铸造的板栅置于含双氧水的水蒸汽条件下进行时效处理，时效结束后，进行干燥；
(2)将铅膏涂布于时效处理后的板栅上，经淋酸辊压制后，再进行振动压实，制得生极板；
(3)对生极板进行固化干燥处理。
步骤(1)中，板栅置于高温高湿环境中进行时效处理，极大缩短生产周期。本发明采用双氧水蒸汽条件，置于该环境下的板栅表面生成氢氧化铅、氧化铅及碳酸铅，板栅表面粗糙化，保证铅膏与板栅的紧密接触，减少极板寿命期间PCL现象。
作为优选，步骤(1)中，所述水汽条件中的水汽由双氧水和纯水组成的水溶液制造产生，所述水溶液中双氧水质量比为10～30％。所述纯水的电导率≤0.3μs/cm。更为优选，所述水溶液中双氧水质量比为20％。
作为优选，所述水汽条件的相对湿度为80～90％，温度为60-70℃。时效处理的时间为5～8h。
时效结束后，利用常温循环风吹至板栅温度降至室温、板栅表面无残留水份即可。
步骤(2)中，所述铅膏包括铅粉、添加剂、95～100℃的纯水和70～80℃的密度为1.3～1.4g/cm3的稀硫酸溶液，所述添加剂包括过硼酸钠，以铅粉的重量份为100份计，过硼酸钠的添加量为0.1～0.5份。
水和稀硫酸溶液按照常规铅膏配方添加，具体地，纯水的添加量为8-12份、稀硫酸溶液的添加量为5-10份。
本发明铅膏和制采用高温水和膏，确保高温和膏工艺稳定实施，保证铅膏中4BS的生成，弥补现有技术中采用常温水，仅靠反应热或设备加热存在的热量不够或不能及时达到预设温度的短板。
另外，铅膏中添加过硼酸钠，过氧化物促进铅膏中游离铅的氧化及铅膏与板栅腐蚀层的生成，进而延长极板的使用寿命。
作为优选，所述铅膏的制备方法，包括：
1)按照配方量先将过硼酸钠和铅粉搅拌混匀，淋入占纯水总质量10～25％的纯水，淋入时间控制在2～3min，搅拌10～20min；
2)再加入剩余的纯水，加水时间控制在4～6min，持续搅拌5～10min；
3)然后加入稀硫酸溶液，加酸时间控制在5～10min，保持温度5～10min；
4)最后打开冷却系统，持续搅拌，降温至45℃，即得铅膏。
步骤1)中，先加部分水进行搅拌，铅粉潮湿，对铅与空气中的氧反应起催化作用，促进铅粉中游离铅与氧快速反应生产氧化铅。
铅膏中除了过硼酸钠，还可以添加其他的添加剂，其他的添加剂在步骤2)加完全部水，并混合均匀后再添加。
步骤3)中，加酸期间及加酸完毕后5～10min铅膏温度保持在80℃以上，确保4BS的生成。
和制好铅膏后，涂布于时效处理过的板栅上，经淋酸辊压制，使极板表面平整，并在极板表面附着一层淋酸液，再经振动压实，加强铅膏之间、铅膏与板栅之间的结合力。
所述振动由震动电机或压缩空气振动器提供。作为优选，步骤(2)中，所述振动的激振力为0.5～3kN，频率为800～3000r/min；更为优选，振动的激振力为2kN，频率为800r/min。
作为优选，步骤(2)中，经振动压实后的极板再经一道淋酸辊压制，经表面干燥后制得生极板。
步骤(3)中，所述固化包括：温度为72～75℃、相对湿度为95～100％条件下，保持8h；降温至55～60℃、保持相对湿度95～100％，固化20～24h；
固化完成转干燥，所述干燥包括：保持温度60℃、降湿至相对湿度50～60％，保持6h；升温至70℃、降湿至相对湿度30～35％，保持4h；再升温至80～85℃、降湿至相对湿度5％，保持8～15h。
由于上述的板栅时效、和膏及极板压制等工序处理到位，固化时间进一步缩短，保证极板质量的前提下，缩短了极板生产周期。
本发明具备的有益效果：
本发明板栅采用双氧水环境下的高温高湿快速时效处理，使得板栅表面粗糙化，保证铅膏与极板的紧密接触；极板涂板后振动压实的生产方式，加强了铅膏与板栅的结合力以及铅膏之间的结合力，减少了蓄电池PCL现象及活性物质脱落问题，进而提高了蓄电池的循环寿命，并缩短了蓄电池的生产周期。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
1、板栅时效
板栅采用高温快速时效，相对湿度85％、温度85℃，时间10h；快速时效采用蒸汽加湿，其中制造蒸汽的水溶液由双氧水和纯水组成，纯水的电导率≦0.3us/cm，双氧水重量含量为10％；输送蒸汽的管路压力为0.4MPa。
快速时效完毕后，常温循环风吹至板栅降至常温，板栅表面无残留水份即可使用。
2、和膏
正极铅膏配方：氧化度为70％～78％、比重为1.3～1.4g/cm3铅粉1000kg，过硼酸钠5kg，纤维1kg，红丹20kg，石墨1kg，炭黑2kg，温度为95～100℃的纯水(电导率≦0.3us/cm)120kg，温度为70～80℃、比重为1.3～1./4g/cm3的稀硫酸溶液100kg。
先加入配方量的过硼酸钠和铅粉及纤维，混合搅拌5min，再淋入温度为95℃纯水15kg，淋入时间2～3分钟，搅拌10分钟，然后再加入其它添加物；继续加入90kg温度为95℃的纯水，加水时间4～6分钟，持续搅拌5分钟；
加入温度为80℃、比重为1.3～1.4g/cm3的稀硫酸溶液100kg，加酸时间5～10min，加酸期间及加酸完毕后5分钟内铅膏温度保持80℃以上；
5分钟后打开冷却系统，持续搅拌10～15分钟后，温度降到45℃即可涂板使用。
3、涂板
将步骤2中制备的铅膏涂布与步骤1制备的栅板上，极板先经一道淋酸辊压制，再置于由压缩空气振动器驱动的振动压辊下进行振动压实，振次800r/min、激振力为2kN；然后再经一道淋酸辊压制。最后极板进入烘干工序进行表面干燥。
4、固化
将步骤3制得的极板推入固化室进行固化，固化干燥条件如表1所示。
表1
阶段 温度℃ 湿度％Rh 时间h
固化 75 100 8
固化 60 98 20
过渡 60 55 6
干燥 70 30 4
干燥 85 5 8～15h板干为准
对比例1
1、板栅时效
板栅采用高温快速时效，相对湿度85％、温度85℃，时间10h。然后停止加湿，在温度为50℃条件下干燥12h。静置待板栅温度降到常温后即可涂板。
2、和膏
正极铅膏配方：氧化度为70％～75％、比重为1.3～1.4g/cm3铅粉1000kg，过硼酸钠5kg，纤维1kg，红丹20kg，石墨1kg，炭黑2kg，纯水(电导率≦0.3us/cm)120kg，比重为1.3～1./4g/cm3的稀硫酸溶液100kg。
先加入配方量的过硼酸钠和铅粉，混合搅拌5min，再淋入温度为95℃纯水15kg，淋入时间2～3分钟，搅拌10分钟，然后再加入其它添加物；继续加入90kg温度为95℃的纯水，加水时间4～6分钟，持续搅拌5分钟；
加入温度为80℃、比重为1.3～1.4g/cm3的稀硫酸溶液100kg，加酸时间5～10min，加酸期间及加酸完毕后5分钟内铅膏温度保持80℃以上；
5分钟后打开冷却系统，持续搅拌10～15分钟后，温度降到45℃即可涂板使用。
3、涂板
将步骤2中制备的铅膏涂布与步骤1制备的栅板上，极板先经两道道淋酸辊压制，再进入烘干工序进行表面干燥。
4、固化
将步骤3制得的极板推入固化室，固化干燥条件如表2所示。
表2
阶段 温度℃ 湿度％Rh 时间h
固化 75 100 8
固化 60 98 20
过渡 60 55 6
干燥 70 30 4
干燥 85 5 8～15h板干为准
对比例2
1、板栅时效
板栅采用高温快速时效，相对湿度85％、温度85℃，时间10h。然后停止加湿，在温度为50℃条件下干燥12h。静置待板栅温度降到常温后即可涂板。
2、和膏
铅膏配方：氧化度为70％～75％、比重为1.3～1.4g/cm3铅粉1000kg，过硼酸钠5kg，纤维1kg，红丹20kg，石墨1kg，炭黑2kg，纯水(电导率≦0.3us/cm)120kg，比重为1.3～1./4g/cm3的稀硫酸溶液100kg。
先加入配方量的过硼酸钠及其它添加物和铅粉，混合搅拌5min，然后加入配方水，加水时间5～8min，持续搅拌5分钟；
加入比重为1.3～1.4g/cm3的稀硫酸溶液100kg，加酸时间5～10min，加酸期间打开冷却系统，持续搅拌10～15分钟后，温度降到45℃即可涂板使用。
3、涂板
将步骤2中制备的铅膏涂布与步骤1制备的栅板上，极板先经两道道淋酸辊压制，再进入烘干工序进行表面干燥。
4、固化
将步骤3制得的极板推入固化室，固化干燥条件如表3所示。
表3
阶段 温度℃ 湿度％Rh 时间h
固化 55 100 5
固化 70 100 8
固化 60 98 42
过渡 60 55 6
干燥 70 30 4
干燥 85 5 8～15h板干为准
应用例
对实施例1、对比例1和对比例2制备的正极板进行性能检测。
1、极板跌落试验
测试方法：测试前极板称重，然后将极板水平从1.2米高处自由跌落到水泥地面，连续测试五次，跌落率＝(跌落前重量-跌落后重量)/(跌落前重量-板栅重量)。结果如表4所示。
表4
由上表可以看出，实施例1的极板跌落率明显降低，说明经过本发明技术方案处理的极板的机械强度显著提升。
2、蓄电池性能检测
将上述的极板按照常规工艺组装制备型号为6-QW-80的免维护蓄电池(容量：80Ah低温大电流放电Icc 600A)，参照试验标准：GB/T5008.1-2013。
2.1额定容量
检测方法：25℃±2℃环境温度中以4A放电，终止电压10.5±0.05v，记录时间。
2.2-18℃低温检测
检测方法：在-18℃±1℃环境温度中保持不低于24h。以600A放电30s，记录10s、30s电压，静止20s，以300A放电40s，记录40s时电压，终止电压10.5±0.05v，记录时间。
2.3 20h额定容量
检测方法：25℃±2℃环境温度中以3A放电，终止电压10.5±0.05v，记录时间。
2.4-29℃低温检测
检测方法：在-29℃±1℃环境温度中保持不低于24h。以480A放电30s，记录10s、30s电压，静止20s，以240A放电40s，记录40s时电压，终止电压10.5±0.05v，记录时间。
2.5充电接受能力
检测方法：蓄电池完全充电后保持在25℃±2℃环境温度中，以I0放电5h，在0℃±1℃环境温度中放置20h，取出1min内按14.4±0.10v电压充电，10分钟后记录充电电流Ica。
2.6循环寿命
检测方法：按照GB/T5008.1-2013中5.9.2循环耐久I试验。
上述检测结果如表5所示。
表5
由表4、表5的结果可以看出，实施例1中采用双氧水溶液进行板栅快速时效，淋酸压板工序采用振动压实技术，显著提高板栅与铅膏的接触面积和结合力，提高铅膏与板栅结合的牢度，减缓活性物质的软化脱落，降低板栅与铅膏的接触电阻，提高蓄电池的充电接受能力；采用高温水和膏保证和膏期间高温稳定，铅膏生成一定数量的4BS，避免活性物质过早的软化脱落，从而提高极板的寿命。

Claims (9)

1.一种铅蓄电池极板制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铸造的板栅置于含双氧水的水汽条件下进行时效处理，时效结束后，干燥；
(2)将铅膏涂布于时效处理后的板栅上，经淋酸辊压制后，再进行振动压实，制得生极板；
(3)对生极板进行固化干燥处理。
2.如权利要求1所述的铅蓄电池极板制造工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述水汽条件中的水汽由双氧水和纯水组成的水溶液制造产生，所述水溶液中双氧水质量比为10～30％。
3.如权利要求2所述的铅蓄电池极板制造工艺，其特征在于，所述水汽条件的相对湿度为80～90％，温度为60～70℃。
4.如权利要求3所述的铅蓄电池极板制造工艺，其特征在于，时效处理的时间为5～8h。
5.如权利要求1所述的铅酸蓄电池极板制造工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述铅膏包括铅粉、添加剂、95～100℃的纯水和70～80℃的密度为1.3～1.4g/cm3的稀硫酸溶液，所述添加剂包括过硼酸钠，以铅粉的重量份为100份计，过硼酸钠的添加量为0.1～0.5份。
6.如权利要求5所述的铅蓄电池极板制造工艺，其特征在于，所述铅膏的制备方法，包括：
1)按照配方量先将过硼酸钠和铅粉搅拌混匀，淋入占纯水总质量10～25％的纯水，淋入时间控制在2～3min，搅拌10～20min；
2)再加入剩余的纯水，加水时间控制在4～6min，持续搅拌5～10min；
3)然后加入稀硫酸溶液，加酸时间控制在5～10min，保持温度5～10min；
4)最后打开冷却系统，持续搅拌，降温至45℃，即得铅膏。
7.如权利要求1所述的铅蓄电池极板制造工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述振动的激振力为0.5～3kN，频率为800～3000r/min。
8.如权利要求1所述的铅蓄电池极板制造工艺，其特征在于，步骤(2)中，经振动压实后的极板再经一道淋酸辊压制，经表面干燥后制得生极板。
9.如权利要求1所述的铅蓄电池极板制造工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述固化包括：温度为72～75℃、相对湿度为95～100％条件下，保持8h；降温至55～60℃、保持相对湿度95～100％，固化20～24h；
固化完成转干燥，所述干燥包括：保持温度60℃、降湿至相对湿度50～60％，保持6h；升温至70℃、降湿至相对湿度30～35％，保持4h；再升温至80～85℃、降湿至相对湿度5％，保持8～15h。
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