CN108767230A - 一种电动助力车用铅蓄电池正极铅膏及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铅蓄电池技术领域，具体公开一种电动助力车用铅蓄电池正极铅膏及其制备方法。所述电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，包括如下质量份数的原料组分：铅粉950～970份；硫酸85～90份；胶体石墨4.0～5.0份；红丹30～50份；硫酸亚锡1.0～1.5份；四碱式硫酸铅3.0～5.0份；三氧化二锑0.5～1.0份；聚四氟乙烯乳液1.5～2.5份；磷酸1.0～3.0份；短纤维0.7～0.9份；纯水110～125份。本发明提供的铅蓄电池正极铅膏通过铅粉与4BS、三氧化二锑、聚四氟乙烯乳液、胶体石墨、红丹、硫酸亚锡、短纤维等组分协同作用，提高电池的重量比能量，提高正极活性物质的利用率，改善充电接受能力，延长电池使用寿命。

Description

一种电动助力车用铅蓄电池正极铅膏及其制备方法
技术领域
本发明涉及铅蓄电池技术领域，尤其涉及一种电动助力车用铅蓄电池正极铅膏及其制备方法。
背景技术
目前电动助力车用铅酸蓄电池随着技术的提高，电池容量、寿命等性能均有一定提高，但电池的重量比能量提高较小，一般在30～36Wh/Kg，活性物质利用率（以C2计）一般在28～32%，使得电池容量偏低，续航里程偏短；充电接收性能就相对较差，一般仅略为超过国标规定值：Ica/I0≥2（Ica为充电接收电流，I0为放电电流：0.1C2），一般能达到：2.0～2.3，国家抽样检查数据表明，还有不少不合格，仅1.5～2.0，从而导致电池寿命短，一般在200～270次循环（按国标试验），从电池解剖分析，导致电池寿命终止的主要原因：活性物与板栅结合强度不好、铅膏软化脱落，铅膏泥化等。
因此，研发一种可以改善电池重量比能量，延长电池寿命的正极铅膏势在必行。
发明内容
针对现有铅酸蓄电池的重量比能量低，活性物质利用率低等问题，本发明提供一种电动助力车用铅蓄电池正极铅膏及其制备方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，包括如下质量份数的原料组分：
铅粉950～970份；
硫酸85～90份；
胶体石墨4.0～5.0份；
红丹30～50份；
硫酸亚锡1.0～1.5份；
四碱式硫酸铅3.0～5.0份；
三氧化二锑0.5～1.0份；
聚四氟乙烯乳液1.5～2.5份；
磷酸1.0～3.0份；
短纤维0.7～0.9份；
纯水110～125份。
相对于现有技术，本发明提供的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，通过添加胶体石墨增加了活性物质的反应面积并提高了正活性物质的导电性，从而提高活性物质的利用率，也提高电池的充电接受性能，同时，也解决了因添加四碱式硫酸铅（4BS）造成的电池化成充电时，4BS难于转化问题，提高电能转化效率；选用的红丹与正极活性物PbO2相似，提高电池化成效率和电池容量；三氧化二锑具有稳定的三棱晶体结构，与聚四氟乙烯乳液、短纤维协同作用，增加正活性物质的粘强度及活性物之间的牵连作用，减少活性物崩裂及脱落，提高电池寿命；通过铅粉与4BS、三氧化二锑、聚四氟乙烯乳液、胶体石墨、红丹、硫酸亚锡、短纤维等组分协同作用，提高电池的重量比能量，提高正极活性物质的利用率，改善充电接受能力，延长电池使用寿命。
进一步地，本发明还提供所述电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的制备方法。该制备方法，包括以下步骤：
（1）按照所述电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的原料配比称取各组分；
（2）将所述铅粉、短纤维、硫酸亚锡、四碱式硫酸铅、三氧化二锑、聚四氟乙烯乳液，于和膏机中进行混料处理，得到预混料；
（3）将所述纯水、胶体石墨、红丹加入到预混料中，进行混料处理；
（4）将所述硫酸、磷酸加入到和膏机中，控制加酸流量，使和膏机中最高温度为57～62℃，搅拌处理，得到电动助力车用铅蓄电池正极铅膏。
相对于现有技术，本发明提供的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的制备方法，工艺简单、操作方便、绿色环保、安全可靠。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种电动助力车用铅蓄电池正极铅膏。该电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，包括如下质量份数的原料组分：
铅粉950～970份；
硫酸85～90份；
胶体石墨4.0～5.0份；
红丹30～50份；
硫酸亚锡1.0～1.5份；
四碱式硫酸铅3.0～5.0份；
三氧化二锑0.5～1.0份；
聚四氟乙烯乳液1.5～2.5份；
磷酸1.0～3.0份；
短纤维0.7～0.9份；
纯水110～125份。
具体地，三碱式硫酸铅，化成充电时主要转化为β-PbO2，其颗粒细，活性物质利用率大，容量高，但其使用寿命偏短，而四碱式硫酸铅在化成时易转化为大颗粒的α-PbO2，而初容量低，从而提高了电池寿命，加入超细4BS，起到晶种作用，在和膏时，易生成4BS，从而提高寿命，但电池较难化成，充电效率低，为了解决这个矛盾，就选择添加胶体石墨、红丹。
具体地，胶体石墨性能稳定，能在强酸下经受氧化反应而结构、性能保持不变；因其密度小、颗粒小，在极板起到造孔作用，增加极板孔率，也就增加了活性物质的反应面积，从而提高提高活性物质的利用率；另外，因石墨具有较好导电性，提高了正活性物质的导电性，提高电池的充电接受性能；同时，也解决了因添加4BS造成的电池化成充电时，4BS难于转化问题，提高电能转化效率。
具体地，红丹（四氧化三铅）分子结构与正极活性物PbO2相似，电池化成更易转化，同时也可提高正极活性物质的PbO2含量，提高了电池容量。
具体地，电动车电池属动力电池类，使用均是深放电、深充电，正极活性物质PbO2→PbSO4长期可逆反应，体积变化大（PbO2密度9.4g/cm3，PbSO4密度6.3g/cm3），在使用后期会发生结构变化，活性物质崩裂、脱落，而三氧化二锑（Sb2O3）具有稳定的三棱晶体结构，可减少活性物质崩裂，而易脱落，从而提高电池寿命。
具体地，聚四氟乙烯乳液（PTFE）可增加正极活性物质的粘强度，强固其网络结构，可稳定正极活性物质PbO2→PbSO4长期可逆反应，从而提高电池寿命。
具体地，短纤维增加活性物质之间的牵连作用，从而减少活性物脱落，增加了极板的强度，从而提高电池寿命。
具体地，磷酸耐强酸下的强氧化反应而结构稳定，减少正极活性物质软化脱落；其添加量相当关键，加少了，效果不明显，加多了，反而导致正极板化成不透，而容量偏低。
具体地，因电动车电池是深放电、深充电，又是贫液免维护电池，PbSO4的溶解度偏高，又是使用AGM隔板，易使隔板中的PbSO4充电时形成铅枝晶而造成电池短路，使用电池失效，添加SnSO4，其离子与Pb2+类似，产生同离子效应，减少AGM隔中的枝晶从而避免电池容量下降而失效。
优选地，所述铅粉为岛津铅粉，反应比表面积大，反应深度深，利用率高。
优选地，所述纯水的电导率≤5μs。
优选地，所述硫酸密度为1.4g/cm3。
本发明实施例提供的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，通过添加胶体石墨增加了活性物质的反应面积并提高了正活性物质的导电性，从而提高活性物质的利用率，也提高电池的充电接受性能，同时，也解决了因添加四碱式硫酸铅（4BS）造成的电池化成充电时，4BS难于转化问题，提高电能转化效率；选用的红丹与正极活性物PbO2相似，提高电池化成效率和电池容量；三氧化二锑具有稳定的三棱晶体结构，与聚四氟乙烯乳液、短纤维协同作用，增加正活性物质的粘强度及活性物之间的牵连作用，减少活性物崩裂及脱落，提高电池寿命；通过铅粉与4BS、三氧化二锑、聚四氟乙烯乳液、胶体石墨、红丹、硫酸亚锡、短纤维等组分协同作用，提高电池的重量比能量，提高正极活性物质的利用率，改善充电接受能力，延长电池使用寿命。
本发明在提供该电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的前提下，还进一步提供了该电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的制备方法。
在一实施例中，该制备方法包括以下步骤：
（1）按照所述电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的原料配比称取各组分；
（2）将所述铅粉、短纤维、硫酸亚锡、四碱式硫酸铅、三氧化二锑、聚四氟乙烯乳液，于和膏机中进行混料处理，得到预混料；
（3）将所述纯水、胶体石墨、红丹加入到预混料中，进行混料处理；
（4）将所述硫酸、磷酸加入到和膏机中，控制加酸流量，使和膏机中最高温度为57～62℃，搅拌处理，得到电动助力车用铅蓄电池正极铅膏。
下面对上述制备方法做进一步的解释说明：
优选地，步骤（2）中，所述混料时间为6-8min，铅粉氧化度高混料时间短，氧化度低则混料时间延长。
优选地，步骤（3）中，所述纯水的加入时间≤3min，氧化度在70-74%可延长加水时间到3min，氧化度在75%以上2min内加完水。
优选地，步骤（3）中，所述混料时间为4-6min，使物料混合均匀。
优选地，步骤（4）中，加酸时间为13-18min，在夏季加酸时间为15～18min ；在冬季加酸时间为13～15min，使和膏机中的温度不宜过高，维持在57～62℃。
优选地，步骤（4）中，所述搅拌时间为4-6min，使物料混合均匀，得到正极铅膏。
本方法制备工艺简单，操作方便、绿色环保、安全可靠。
为了更好的说明本发明实施例提供的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏及其制备方法，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
一种电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，包括质量份数如下的原料组分：
铅粉950份；
硫酸88份；
高纯胶体石墨5份；
红丹30份；
硫酸亚锡1份；
超细四碱式硫酸铅4份；
三氧化二锑0.7份；
聚四氟乙烯乳液2份；
磷酸1.5份；
短纤维0.7份；
纯水110份。
电动助力车用铅蓄电池正极铅膏制备方法包括以下步骤：
（1）按照所述电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的原料配比称取各组分；
（2）将所述铅粉、短纤维、硫酸亚锡、超细四碱式硫酸铅、三氧化二锑、聚四氟乙烯乳液，于和膏机中进行混料处理6min，得到预混料；
（3）于3min内将所述纯水加入预混料中，边搅拌边加入高纯胶体石墨、红丹，进行混料处理5min；
（4）将所述硫酸、磷酸加入到和膏机中，控制加酸流量，15min内将酸加完，使和膏机中温度为57～62℃，搅拌处理5min，得到电动助力车用铅蓄电池正极铅膏。
实施例2
一种电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，包括质量份数如下的原料组分：
铅粉970份；
硫酸90份；
胶体石墨4.5份；
红丹50份；
硫酸亚锡1.5份；
超细四碱式硫酸铅5份；
三氧化二锑0.5份；
聚四氟乙烯乳液2.5份；
磷酸3份；
短纤维0.9份；
纯水125份。
电动助力车用铅蓄电池正极铅膏制备方法包括以下步骤：
（1）按照所述电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的原料配比称取各组分；
（2）将所述铅粉、短纤维、硫酸亚锡、超细四碱式硫酸铅、三氧化二锑、聚四氟乙烯乳液，于和膏机中进行混料处理4min，得到预混料；
（3）于2min内将所述纯水加入预混料中，边搅拌边加入高纯胶体石墨、红丹，进行混料处理6min；
（4）将所述硫酸、磷酸加入到和膏机中，控制加酸流量，18min内将酸加完，使和膏机中温度为57～62℃，搅拌处理4min，得到电动助力车用铅蓄电池正极铅膏。
实施例3
一种电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，包括质量份数如下的原料组分：
铅粉960份；
硫酸85份；
胶体石墨4份；
红丹40份；
硫酸亚锡1.2份；
超细四碱式硫酸铅3份；
三氧化二锑1份；
聚四氟乙烯乳液2份；
磷酸1份；
短纤维0.8份；
纯水120份。
电动助力车用铅蓄电池正极铅膏制备方法包括以下步骤：
（1）按照所述电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的原料配比称取各组分；
（2）将所述铅粉、短纤维、硫酸亚锡、超细四碱式硫酸铅、三氧化二锑、聚四氟乙烯乳液，于和膏机中进行混料处理5min，得到预混料；
（3）于3min内将所述纯水加入预混料中，边搅拌边加入高纯胶体石墨、红丹，进行混料处理4min；
（4）将所述硫酸、磷酸加入到和膏机中，控制加酸流量，15min内将酸加完，使和膏机中温度为57～62℃，搅拌处理6min，得到电动助力车用铅蓄电池正极铅膏。
为了更好的说明本发明实施例提供的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的特性，下面将实施例1、2、3制备的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏进行相应的性能测试，结果如表1所示。
表1
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 比对比例提高
重量比能量（Wh/Kg） 38～42 38～42 38～42 20%
活性物质利用率（以C2计） 32～35% 32～35% 32～35% 10～15%
电池寿命（循环） 300～350 300～350 300～350 20%
充电接受能力 3.0～4.0 3.0～4.0 3.0～4.0 50～70%
其中，对比例为现市场上销售使用的电池。
由以上数据可得，本发明实施例中提供的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，重量比能量较高，活性物质利用率高，（以C2计）可以达到32～35%；充电接受能力提高约50～70%，可达3.0～4.0（正常为：2.0～2.3）；相应的电池寿命提高约20%，可达300～350次循环；此外，对应的电池重量减轻10～15%，节约成本；且提高了电池的续航里程，提高约6～10%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，其特征在于：包括如下质量份数的原料组分：
铅粉950～970份；
硫酸85～90份；
胶体石墨4.0～5.0份；
红丹30～50份；
硫酸亚锡1.0～1.5份；
四碱式硫酸铅3.0～5.0份；
三氧化二锑0.5～1.0份；
聚四氟乙烯乳液1.5～2.5份；
磷酸1.0～3.0份；
短纤维0.7～0.9份；
纯水110～125份。
2.如权利要求1所述的工电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，其特征在于：所述铅粉为岛津铅粉。
3.如权利要求1所述的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，其特征在于：所述纯水的电导率≤5μs。
4.如权利要求1所述的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏，其特征在于：所述硫酸密度为1.4g/cm3。
5.一种电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按照如权利要求1~4任一项所述电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的原料配比称取各组分；
（2）将所述铅粉、短纤维、硫酸亚锡、四碱式硫酸铅、三氧化二锑、聚四氟乙烯乳液，于和膏机中进行混料处理，得到预混料；
（3）将所述纯水、胶体石墨、红丹加入到预混料中，进行混料处理；
（4）将所述硫酸、磷酸加入到和膏机中，控制加酸流量，使和膏机中最高温度为57～62℃，搅拌处理，得到电动助力车用铅蓄电池正极铅膏。
6.如权利要求5所述的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述混料时间为6-8min。
7.如权利要求5所述的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述纯水的加入时间≤3min。
8.如权利要求5所述的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述混料时间为4-6min。
9.如权利要求5所述的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，加酸时间为13-18min。
10.如权利要求5所述的电动助力车用铅蓄电池正极铅膏的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述搅拌时间为4-6min。
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