CN108807908A - 一种铅酸电池的正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅酸电池的正极材料的制备方法，本发明同时加入磷酸钙和EDTA‑2Na，均匀混在活性物质铅膏中对电池化成效果没有影响，在电池使用过程中提高电池的容量，能使硫酸铅析出速度加快加上氧化石墨烯的特殊结构可以防止活性物质结块收缩，使硫酸铅无法形成规则致密的大晶体，抑制了铅晶短路且这些无规则小颗粒的硫酸铅在充电时比较容易恢复为活性物质，有效克服电池后期极板的软化问题，延长电池使用寿命；本发明铅酸蓄电池正极材料采用特定组分的添加剂，所述添加剂的组分包括碳素材料，碳素材料属于高表面活性物质，具有较高的吸附性，能很好的吸附电解液，从而提高硫酸电解液对极板活性物质的接触、渗透，这就相对提高了活性物质利用率。

Description

一种铅酸电池的正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种铅酸电池的正极材料的制备方法。
背景技术
铅酸蓄电池自被发明以来，至今已有一百多年的历史。铅酸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。
目前储能蓄电池是应用于太阳能、风能等新能源领域的核心部件，蓄电池的性能和质量直接关系到储能系统的正常运转，而蓄电池的性能和质量则主要受铅膏配方的影响。现有的铅酸蓄电池铅膏及制备方法不能满足储能铅酸蓄电池的使用要求。铅酸蓄电池在循环使用时，主要的寿命衰减模式是正极材料的软化变态。 其实质是铅膏结晶体的变化，导致铅膏极度软化失效。 因此，如何保护铅膏结晶体在循环使用过程不变化，是提高铅酸蓄电池循环寿命的关键。
正极材料中的碱式硫酸铅、氧化铅、硫酸铅等再化成过程中被氧化成PbO2微孔性聚集体，并相互交结成一个连续的整体。正常情况下，正极活性物质的多孔性结构可以保持基本稳定，能够经受上千次的充放电循环。但在不同的环境温度和充放电制度下，蓄电池会出现不同的失效模式，而一旦活性物质的结构严重受损，放电过程就难于继续进行。常温条件下，随着充放电循环，正极活性物质PbO2颗粒会逐渐变小，被还原为PbSO4，颗粒间逐渐失去连接、活性物质孔径变大，宏观表现为活性物质泥化、脱落，严重时极板整体结构遭到破坏，无法继续使用。
发明内容
本发明提供一种铅酸电池的正极材料的制备方法，本发明同时加入磷酸钙和EDTA-2Na，均匀的混在活性物质铅膏中，对电池的化成效果没有影响，在电池使用过程中提高电池的容量，能使硫酸铅析出速度加快加上氧化石墨烯的特殊结构可以防止活性物质结块收缩，使硫酸铅无法形成规则致密的大晶体，抑制了铅晶短路，且这些无规则小颗粒的硫酸铅在充电时比较容易恢复为活性物质，有效克服电池后期极板的软化问题，延长电池的使用寿命；本发明铅酸蓄电池正极材料采用特定组分的添加剂，所述添加剂的组分包括碳素材料，碳素材料属于高表面活性物质，具有较高的吸附性，能很好的吸附电解液，从而提高硫酸电解液对极板活性物质的接触、渗透，这就相对提高了活性物质的利用率。
为了实现上述目的，本发明提供一种铅酸电池的正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备正极材料添加剂
按照石墨烯：磷酸：腈纶：硫酸镁的重量配比为8:5:6:3配料，混合均匀，球磨得到正极材料添加剂。
（2）配料
正极材料按重量份由下列原料组成：
稀硫酸 7.2- 8.4
上述正极材料添加剂 6.8-7.5
去离子水 10-11.5
EDTA-2Na 0.5-1.5
磷酸钙 0. 9- 1.2
红丹 5-6.5
铅粉 72-82
（3）制成正极材料
将正极材料中的红丹、EDTA-2Na、磷酸钙和上述正极材料添加剂分别加入全自动和膏机内，边放铅粉边搅拌，放完铅粉后干搅拌7-10min，然后以最快速度边放去离子水边搅拌，加完去离子水后继续搅拌10min，然后加稀硫酸，在10-15min 加完，边加边搅拌，并设定温度达到80℃后维持3-5分钟后开启冷却水、除尘风机和冷却风门，持续15-20分钟；随后，搅拌均匀待冷却至室温后，即可出膏。
优选的，其中在步骤（1）中，其中所述腈纶的粗细度为5-10旦尼尔。
优选的，所述铅粉氧化度在75%-79%，所述稀硫酸密度为1.15-1.24g/cm3。
本发明具有如下优点和显著效果：
（1）本发明同时加入磷酸钙和EDTA-2Na，均匀的混在活性物质铅膏中，对电池的化成效果没有影响，在电池使用过程中提高电池的容量，能使硫酸铅析出速度加快加上氧化石墨烯的特殊结构可以防止活性物质结块收缩，使硫酸铅无法形成规则致密的大晶体，抑制了铅晶短路，且这些无规则小颗粒的硫酸铅在充电时比较容易恢复为活性物质，有效克服电池后期极板的软化问题，延长电池的使用寿命。
（2）本发明的添加剂中的石墨烯的耐氧化程度最高，能够使正极活性物质保持高的孔率并增强导电性，从而可提高电池的初期容量及得到较好的充电接受能力。
（3）本发明的添加剂中的磷酸加入正极材料后，铅和铅合金可与磷酸作用生成一种中间产物Pb3(PO4)2，这种中间产物的存在，抑制了板栅合金与正极板活性物质PbO2界面上的PbO2被还原为PbSO4的速度，特别是板栅合金与腐蚀产物之间的过渡层，当过渡层存在时，板栅合金与腐蚀产物内层的α-PbO2之间的结合力得到改善，从而使腐蚀产物具有较好的保护层，可延长板栅合金的使用寿命。中间产物Pb3(PO4)2的生成，同时也改善了板栅腐蚀内层α-PbO2与外层的β-PbO2之间的结合力，从而提高了活性物质PbO2与板栅的粘结力，减少了活性物质的脱落。
具体实施方式
实施例一
按照石墨烯：磷酸：腈纶：硫酸镁的重量配比为8:5:6:3配料，混合均匀，球磨得到正极材料添加剂；其中所述腈纶的粗细度为3旦尼尔。
正极材料按重量份由下列原料组成：
稀硫酸 7.2
上述正极材料添加剂 6.8
去离子水 10
EDTA-2Na 0.5
磷酸钙 0. 9
红丹 5
铅粉 72。
将正极材料中的红丹、EDTA-2Na、磷酸钙和上述正极材料添加剂分别加入全自动和膏机内，边放铅粉边搅拌，放完铅粉后干搅拌7min，然后以最快速度边放去离子水边搅拌，加完去离子水后继续搅拌10min，然后加稀硫酸，在10min 加完，边加边搅拌，并设定温度达到80℃后维持3分钟后开启冷却水、除尘风机和冷却风门，持续15分钟；随后，搅拌均匀待冷却至室温后，即可出膏。所述铅粉氧化度在75%，所述稀硫酸密度为1.15g/cm3。
实施例二
按照石墨烯：磷酸：腈纶：硫酸镁的重量配比为8:5:6:3配料，混合均匀，球磨得到正极材料添加剂；其中所述腈纶的粗细度为10旦尼尔。
正极材料按重量份由下列原料组成：
稀硫酸 8.4
上述正极材料添加剂 7.5
去离子水 11.5
EDTA-2Na 1.5
磷酸钙 1.2
红丹 6.5
铅粉 82。
将正极材料中的红丹、EDTA-2Na、磷酸钙和上述正极材料添加剂分别加入全自动和膏机内，边放铅粉边搅拌，放完铅粉后干搅拌10min，然后以最快速度边放去离子水边搅拌，加完去离子水后继续搅拌10min，然后加稀硫酸，在15min 加完，边加边搅拌，并设定温度达到80℃后维持5分钟后开启冷却水、除尘风机和冷却风门，持续20分钟；随后，搅拌均匀待冷却至室温后，即可出膏。所述铅粉氧化度在79%，所述稀硫酸密度为1.24g/cm3。

Claims (3)

1.一种铅酸电池的正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备正极材料添加剂
按照石墨烯：磷酸：腈纶：硫酸镁的重量配比为8:5:6:3配料，混合均匀，球磨得到正极材料添加剂；
（2）配料
正极材料按重量份由下列原料组成：
稀硫酸 7.2- 8.4
上述正极材料添加剂 6.8-7.5
去离子水 10-11.5
EDTA-2Na 0.5-1.5
磷酸钙 0. 9- 1.2
红丹 5-6.5
铅粉 72-82
（3）制成正极材料
将正极材料中的红丹、EDTA-2Na、磷酸钙和上述正极材料添加剂分别加入全自动和膏机内，边放铅粉边搅拌，放完铅粉后干搅拌7-10min，然后以最快速度边放去离子水边搅拌，加完去离子水后继续搅拌10min，然后加稀硫酸，在10-15min 加完，边加边搅拌，并设定温度达到80℃后维持3-5分钟后开启冷却水、除尘风机和冷却风门，持续15-20分钟；随后，搅拌均匀待冷却至室温后，即可出膏。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在步骤（1）中，其中所述腈纶的粗细度为5-10旦尼尔。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述铅粉氧化度在75%-79%，所述稀硫酸密度为1.15-1.24g/cm3。
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