CN108711610B - 一种铅蓄电池极板固化干燥工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铅蓄电池极板固化干燥工艺，属于蓄电池制备技术领域。所述固化干燥工艺包括氧化和干燥两个阶段，氧化阶段依次包括降压降湿、升压升温、降温降湿升压、降温降湿降压等步骤，干燥阶段包括升温降湿降压、降温降湿降压等步骤。本发明工艺在高压条件下固化，流通的气液体均为高浓度氧化剂，渗透进极板内部，促进铅膏内部游离铅氧化反应以及促进铅膏与板栅之间的氧化，高浓度氧催化及高温高压环境提高了反应速率，提升氧化质量，并缩短固化时间。真空快速干燥，降低水分沸腾温度，促进水分蒸发。采用本发明工艺，固化干燥时间可控制在24小时内，效率提高两倍以上，整个固化干燥工艺封闭运行，节能，污染气体排出量少。

Description

一种铅蓄电池极板固化干燥工艺

技术领域

本发明涉及蓄电池制备技术领域，具体涉及一种铅蓄电池极板固化干燥工艺。

背景技术

铅酸蓄电池制造过程中，极板固化是主要核心之一，板栅在涂填铅膏后，只有通过固化工艺，才能使铅膏粒子互相联结形成连续坚实的骨架，并紧紧地附着在板栅上。极板固化的好坏直接影响电池性能指标、使用寿命，目前极板突出问题是极板强度差、极板指标一致性差等问题。

极板固化分为氧化和干燥两个阶段。氧化过程主要完成：(1)游离铅的氧化，提高活性物质的容量；(2)板栅筋条表面铅的氧化，增加板栅筋与活性物质之间的结合力；(3)碱式硫酸铅的再结晶，提高极板的强度。干燥过程主要完成极板的干燥，增强极板强度和形成多孔电极。

由于生极板固化是一个蒸发水份的传递过程，在这个过程中既有物理变化又有化学变化，而且随着传递过程的进行不允许破坏胶体网状结构出现龟裂，同时必须保证此铅膏胶体水份蒸发完毕之前很好地完成金属铅的氧化和各种碱式硫酸铅的再结晶过程。因此，有效控制好各阶段水份及金属铅含量就显得格外重要。

申请公布号CN 103219497 A的专利文献公开了一种内化成加压固化工艺，包括：固化第1阶段，温度40-45℃，湿度99％，时间24h，风压0MPa，极板水分≥10％；固化第2阶段，温度50-55℃，湿度98％，时间16h，风压0.3MPa，极板水分9％；固化第3阶段，温度50-55℃，湿度90％，时间15h，风压0MPa，极板水分7-9％；干燥第1阶段，温度60-65℃，湿度60％，时间5h，风压-0.1～-0.2MPa，极板水分3-5％；干燥第2阶段，温度65℃，湿度10％，时间10h，风压0MPa，极板水分0.5％；干燥第3阶段，温度65-70℃，湿度＜10％，时间3h，风压-0.1～-0.2MPa，极板水分0.3％。固化2阶段采用正气压加压固化的工艺，对固化室加压增氧，以确保固化室内温度、湿度均衡，同时保证了固化前期有少量的金属铅缓慢氧化。

但是，在实际应用过程中，由于氧气在水中溶解度低，而固化过程中，为了保证碱式硫酸铅的稳定转化，要求生极板必须处于高湿状态，当生极板内部含水较多时，活性物质中的毛细管和空隙被水充满，阻碍环境中氧的溶解速度，不利于氧气在极板中的传递输送，减缓了板栅表面铅的氧化腐蚀速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铅蓄电池极板固化干燥工艺，克服现有技术中氧气难以进入极板内部，固化时间长、固化效果不一致等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铅蓄电池极板固化干燥工艺，包括氧化和干燥两个阶段，氧化阶段依次包括以下步骤：

(1)降压至0.03-0.05MPa，保持温度50-55℃，降湿至70-80％，维持15-20min；

(2)通入臭氧，升压至0.2-0.3MPa，升高温度至80-85℃、相对湿度至90-95％，维持3-4h；

(3)降低温度至60-65℃、相对湿度至85-90％，升压至0.3-0.5MPa，维持3-5h；

(4)降低温度至55-60℃、相对湿度至70-80％，压力至0.2-0.3MPa，维持4-6h。

本发明工艺需在密闭的压力固化室内完成，通过管路连接臭氧制造设备、水雾制造设备及进排风系统。

本发明将固化室内的空气换成高浓度氧的空气水蒸气分子，在高氧浓度状态下进行高压固化。

氧化阶段主要发生极板中游离铅的氧化和极板板栅的氧化，极板固化期间，高湿汽渗透到铅膏内的游离铅小颗粒上使其氧化；同时高湿汽渗透到板栅表面形成腐蚀层，开始时腐蚀层很薄，而随着固化时间延长，氧扩散穿越腐蚀层继续氧化极板基体，腐蚀层逐渐变厚，板栅表面由于生成腐蚀产物而变得粗糙，和铅膏中经氧化作用产生的氢氧化物的粘结变得牢固，通常这个过程很漫长。本发明通过加压来提高氧的扩散速率，并通过提高氧的浓度提供充足的氧，加速反应的进行。

由于臭氧在水中的溶解度较纯氧大，0℃时一个标准大气压下，一体积水可溶解0.494体积臭氧，臭氧很不稳定，在常温常压下即可分解为氧气，有很强的氧化性，本发明利用臭氧易溶于水及易分解的特性，固化过程中向固化室通入臭氧，以提高固化极板水份的氧浓度，进而提高固化效率。

作为优选，步骤(2)-(4)中，保持固化室内空气中臭氧浓度为10-30mg/L。在该浓度范围内，有利于臭氧溶解于水中，浓度过高存在安全问题。更为优选，所述空气中臭氧浓度为15mg/L。

作为优选，采用水雾加湿，所述水雾由双氧水和纯水的混合液制造产生，所述混合液中双氧水浓度为50-150g/L。

双氧水是一种强氧化剂，易分解成水和氧气，水雾中的双氧水分解出氧，进一步提高空气水蒸气中的氧浓度，但是双氧水浓度不宜过高，否则会对设备产生腐蚀，而且对极板氧化促进作用有限。作为优选，所述混合液中双氧水浓度为75g/L。

作为优选，初始状态，固化室内保持温度50-55℃、相对湿度95-100％。

固化阶段，室内循环通风，保持温湿度均匀。作为优选，步骤(2)和(3)中，固化室内循环风速保持在1-3m/s，步骤(4)中，循环风速为3-5m/s。

作为优选，氧化阶段依次包括以下步骤：

(1)降压至0.05MPa，保持温度55℃，降湿至80％，维持15min；

(2)通入臭氧和双氧水水雾，升压至0.25MPa，升高温度至82℃、相对湿度至95％，风速2m/s，保持固化室内空气中臭氧浓度为15mg/L，维持3h；

(3)降低温度至65℃、相对湿度至90％，升压至0.4MPa，保持臭氧浓度为15mg/L，风速2m/s，维持4h；

(4)降低温度至60℃、相对湿度至75％，压力至0.2MPa，保持臭氧浓度为15mg/L，风速4m/s，维持5h。

所述干燥阶段依次包括以下步骤：

1)停止加氧，升温至60-70℃，降湿至40-50％，降压至0.02-0.03MPa，维持2-2.5h；

2)降低温度至55-60℃、相对湿度至5-10％，压力至0.01-0.02MPa，维持3-4h；

3)恢复至常温常压，完成固化干燥工艺。

本发明采用低压干燥，在低压状态下，降低了水分的挥发温度，通常压强为0.02-0.03MPa时，水的沸点为60-70℃，压强为0.01-0.02MPa时，水的沸点为45-60℃。本发明实现在低温状态下水分快速蒸发，缩短干燥时间，避免了高温干燥存在的能源损耗问题。

作为优选，步骤1)和2)中，调整固化室内循环风速至5-10m/s。提高风速，有助于极板中水份蒸发。

作为优选，所述干燥阶段依次包括以下步骤：

1)调整风速至8m/s，升温至65℃，降湿至45％，降压至0.03MPa，维持2h；

2)维持风速，降低温度至55℃、相对湿度至5％，压力至0.015MPa，维持4h；

3)恢复至常温常压，完成固化干燥工艺。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果：

本发明工艺在高压条件下固化，流通的气液体均为高浓度氧化剂，渗透进极板内部，促进铅膏内部游离铅氧化反应以及促进铅膏与板栅之间的氧化。高浓度氧催化及高温高压环境提高了反应速率，提升氧化质量，并缩短固化时间。

干燥阶段采用真空快速干燥，降低水分沸腾温度，真空低温下就可使水分达到沸点，促进水分蒸发，缩短干燥时间。

采用本发明工艺，固化干燥时间可控制在24小时内，效率提高两倍以上，铅膏中游离铅含量达到正极板<2％、负极板<5％，极板均匀、性能良好，整个固化干燥工艺封闭运行，节能，污染气体排出量少。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

以型号为6-QW-80电池为例，铅蓄电池极板固化干燥工艺，包括：

1、配制固化间运行所需加湿水雾用混合液，混合液中双氧水浓度为约75g/L。

2、极板入固化间期间固化间内温度保持55℃，湿度保持98Rh％，入满固化间后关闭舱门；

3、固化第一阶段，打开温度调整系统，打开负压风机用15～30min时间抽低压至压强0.05Mpa，保持时间15min，保持温度55℃，湿度80Rh％；

4、固化第二阶段，打开臭氧制造设备，向窑内通入臭氧浓度15mg/L的含臭氧空气，直至压力达到0.25MPa，压力升高过程中，同时打开双氧水水雾，使固化间压力回升，升高温度至82℃，湿度95Rh％，保持风速2m/s，自动监测循环系统中臭氧的浓度，保持空气中臭氧浓度15mg/L，固化时间3小时；

5、固化第三阶段，调整温度到65℃，湿度调整到90Rh％，压力调整到0.4MPa，自动监测补充循环系统中臭氧气浓度，保持臭氧浓度15mg/L，保持风速2m/s，固化时间4小时；

6、固化第四阶段，调整温度到60℃，湿度调整到75Rh％，压力调整到0.2MPa，自动监测补充循环系统中臭氧气浓度，保持臭氧浓度15mg/L，调整风速4m/s，固化5小时；

7、固化第五阶段，停止加氧，调整风速至8m/s，升温至65℃，维持湿度45Rh％，抽真空压力至低压0.03MPa，维持时间2小时；

8、维持风速，降温至55℃，调整低压至0.015MPa，维持湿度5Rh％，时间4小时；

9、压力恢复至常压，停止加热，风机开至满负荷，待温度降至常温，停止风机，固化干燥工作完成。

对比例1

以型号为6-QW-80电池为例，铅蓄电池极板固化干燥工艺参照现有固化工艺如表1所示。

表1

应用例

将实施例1和对比例1固化制备的极板进行性能检测。

1、极板化学分析检测

检测固化后的极板内游离铅含量，如表2所示。

表2

	标准	实施例1	对比例1
				正极板	≤2％	1.64％	2.3％
负极板	≤5％	2.75％	4.85％
				水份	≤0.5％	0.32％	0.8％

2、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3所示。

表3

3、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。

3.1储备容量

检测方法：25℃±2℃环境温度中以25A放电，终止电压10.5±0.05v，记录时间。

3.2-18℃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360A放电40s，记录40s时电压，终止电压10.5±0.05v，记录时间。

3.3 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。

3.4-29℃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288A放电40s，记录40s时电压，终止电压10.5±0.05v，记录时间。

3.5充电接受能力

蓄电池完全充电后保持在25℃±2℃环境温度中，以I₀(8A)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。

3.6循环寿命

按照GB/T5008.1-2013中5.9.2循环耐久I试验。

结果如表4所示。

表4

由上表数据可知，采用新技术的固化工艺生产的极板，提高了极板固化干燥速度，提高了铅膏之间的结合力，提高了板栅与铅膏之间的结合，进而降低了板栅与铅膏之间电阻，提高了蓄电池的充电接受能力，延长了蓄电池的寿命。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (8)

1.一种铅蓄电池极板固化干燥工艺，包括氧化和干燥两个阶段，其特征在于，氧化阶段依次包括以下步骤：

(1)降压至0.03-0.05MPa，保持温度50-55℃，降湿至70-80％，维持15-20min；

(2)通入臭氧，升压至0.2-0.3MPa，升高温度至80-85℃、相对湿度至90-95％，维持3-4h；

(3)降低温度至60-65℃、相对湿度至85-90％，升压至0.3-0.5MPa，维持3-5h；

(4)降低温度至55-60℃、相对湿度至70-80％，压力至0.2-0.3MPa，维持4-6h；

干燥阶段依次包括以下步骤：

1)停止加氧，升温至60-70℃，降湿至40-50％，降压至0.02-0.03MPa，维持2-2.5h；

2)降低温度至55-60℃、相对湿度至5-10％，压力至0.01-0.02MPa，维持3-4h；

3)恢复至常温常压，完成固化干燥工艺。

2.如权利要求1所述的铅蓄电池极板固化干燥工艺，其特征在于，步骤(2)-(4)中，保持固化室内空气中臭氧浓度为10-30mg/L。

3.如权利要求1所述的铅蓄电池极板固化干燥工艺，其特征在于，采用水雾加湿，所述水雾由双氧水和纯水的混合液制造产生，所述混合液中双氧水浓度为50-150g/L。

4.如权利要求1所述的铅蓄电池极板固化干燥工艺，其特征在于，初始状态，固化室内保持温度50-55℃、相对湿度95-100％。

5.如权利要求1所述的铅蓄电池极板固化干燥工艺，其特征在于，步骤(2)和(3)中，固化室内循环风速保持在1-3m/s，步骤(4)中，循环风速为3-5m/s。

6.如权利要求1所述的铅蓄电池极板固化干燥工艺，其特征在于，氧化阶段依次包括以下步骤：

(1)降压至0.05MPa，保持温度55℃，降湿至80％，维持15min；

(2)通入臭氧和双氧水水雾，升压至0.25MPa，升高温度至82℃、相对湿度至95％，风速2m/s，保持固化室内空气中臭氧浓度为15mg/L，维持3h；

(3)降低温度至65℃、相对湿度至90％，升压至0.4MPa，保持臭氧浓度为15mg/L，风速2m/s，维持4h；

(4)降低温度至60℃、相对湿度至75％，压力至0.2MPa，保持臭氧浓度为15mg/L，风速4m/s，维持5h。

7.如权利要求1所述的铅蓄电池极板固化干燥工艺，其特征在于，步骤1)和2)中，调整固化室内循环风速至5-10m/s。

8.如权利要求7所述的铅蓄电池极板固化干燥工艺，其特征在于，所述干燥阶段依次包括以下步骤：

1)调整风速至8m/s，升温至65℃，降湿至45％，降压至0.03MPa，维持2h；

2)维持风速，降低温度至55℃、相对湿度至5％，压力至0.015MPa，维持4h；

3)恢复至常温常压，完成固化干燥工艺。