CN109755564A - 一种动力型铅蓄电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力型铅蓄电池，包括正极板和负极板，所述正极板包括正极板栅和正极铅膏，所述负极板包括负极板栅和负极铅膏。本发明动力型铅蓄电池利用碳纳米管代替传统的活性炭和乙炔黑，有效的降低放电过程中的电流密度和电极极化，减小电池内阻，增加铅膏的孔隙率，提高铅膏利用率和充电接受能力；添加了氮化钛，具有高熔点、高强度、高硬度、耐酸碱腐蚀、耐磨损、高温化学稳定性以及优良的导电导热性能，阻止在栅板和铅膏之间形成钝化层，防止蓄电池的早期容量衰减，延长了蓄电池的整体使用寿命。

Description

一种动力型铅蓄电池
技术领域
本发明涉及蓄电池生产技术领域，特别是涉及一种动力型铅蓄电池。
背景技术
铅酸蓄电池属于一种传统产品，它凭借优良的性能价格比被广泛地应用在备用电源、能量储备和动力电源等领域，放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下正负极的主要成分均为硫酸铅，近年来，随着汽车工业、电信及IT网络等基础设施，动力车辆以及再生能源产业的飞速发展，作为首选的铅酸蓄电池及其电池工业得到了快速的发展，安全高效节能的铅酸蓄电池受到越来越广泛的关注，而目前市场上现有的铅酸蓄电池普遍存在性价比差、使用寿命短等缺陷，已无法满足现有的市场需求。
比如，公开号为CN103199243A的中国发明专利公开了一种铅酸蓄电池正极铅膏，其由以下质量分数的原料组成:1.4g/cm3硫酸6.8～10％，去离子水9～11％，红丹5～16％，短纤维0.05～0.06％，碳纤维0.10～0.15％，二氧化硅0.1％～0.3％，各向异性石墨0.1～0.4％，硫酸亚锡0.05-0.28％，其余为铅粉。
公开号为CN103413936A的中国发明专利公开了一种铅酸蓄电池正极铅膏配方，包括以下组分，各组分重量百分比为：铅粉70～90％；硫酸3～15％；水5～20％；短纤维0.05～2％；过硼酸钠1～20％；聚四氟乙烯乳液0.1～10％；各组分重量百分比总和为100％。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种使用寿命长的动力型铅蓄电池。
一种动力型铅蓄电池，包括正极板和负极板，所述正极板包括正极板栅和正极铅膏，所述负极板包括负极板栅和负极铅膏，
所述正极铅膏的配方按重量份计包括：铅粉100份、红丹1～10份、四碱式硫酸铅5～15份、石墨烯0.5～1份、短纤维0.1～0.3份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液8～15份、水10～15份、氮化钛1～3份；
所述负极铅膏的配方按重量份计包括：铅粉100份、碳纳米管0.5～1份、硫酸钡1～3份、木质素1～3份、短纤维0.1～0.3份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液8～15份、水10～15份、氮化钛1～3份。
优选的，所述正极铅膏的配方按重量份计包括：铅粉100份、红丹5份、四碱式硫酸铅10份、石墨烯0.8份、短纤维0.2份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液12份、水12份、氮化钛2份。
优选的，所述负极铅膏的配方按重量份计包括：铅粉100份、碳纳米管0.8份、硫酸钡2份、木质素2份、短纤维0.2份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液12份、水12份、氮化钛2份。
所述铅粉中的氧化铅含量为70％～80％。
所述硫酸钡为超细硫酸钡，平均粒径为0.01～0.08μm。
所述石墨烯为高纯石墨烯，纯度不低于99％。
所述正极铅膏的制备方法包括：
(1)将四碱式硫酸铅、石墨烯、短纤维和氮化钛混合均匀获得正极添加剂混合物；
(2)将步骤(1)制得的正极添加剂混合物与铅粉、红丹加入和膏机内进行搅拌，搅拌时间为5～10min，制得正极混合铅粉；
(3)向正极混合铅粉中加入水搅拌10～20min；
(4)加入硫酸溶液，边加硫酸溶液边搅拌，控制整个硫酸溶液添加过程中温度在65度以下，持续时间5～8min，添加完成后继续搅拌10～15min，出膏温度不高于50度，铅膏密度控制在4.3～4.5g/cm3。
所述负极铅膏的制备方法包括：
(1)将碳纳米管、硫酸钡、木质素、短纤维和氮化钛混合均匀获得负极添加剂混合物；
(2)将步骤(1)制得的负极添加剂混合物与铅粉加入和膏机内进行搅拌，搅拌时间为5～10min，制得正极混合铅粉；
(3)向正极混合铅粉中加入水搅拌10～20min；
(4)加入硫酸溶液，边加硫酸溶液边搅拌，控制整个硫酸溶液添加过程中温度在65度以下，持续时间5～8min，添加完成后继续搅拌10～15min，出膏温度不高于50度，铅膏密度控制在4.3～4.5g/cm3。
氮化钛，金黄色立方晶系结晶，分子量61.89，熔点2950°，密度5.43，微溶于氢氟酸、王水、硝酸，不溶于水，具有高熔点、高强度、高硬度、耐酸碱腐蚀、耐磨损、高温化学稳定性以及优良的导电导热性能，能够阻止在栅板和铅膏之间形成钝化层，防止蓄电池的早期容量衰减，延长了蓄电池的整体使用寿命，提高了栅板的耐腐蚀性，减少环境污染。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，降低放电过程中的电流密度和电极极化，减小电池内阻，增加铅膏的孔隙率，提高铅膏利用率和充电接受能力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用碳纳米管代替传统的活性炭和乙炔黑，有效的降低放电过程中的电流密度和电极极化，减小电池内阻，增加铅膏的孔隙率，提高铅膏利用率和充电接受能力；添加了氮化钛，具有高熔点、高强度、高硬度、耐酸碱腐蚀、耐磨损、高温化学稳定性以及优良的导电导热性能，阻止在栅板和铅膏之间形成钝化层，防止蓄电池的早期容量衰减，延长了蓄电池的整体使用寿命。
具体实施方式
实施例1
正极铅膏的配方按重量份计：铅粉(氧化铅含量为70％～80％)100份、红丹1份、四碱式硫酸铅15份、高纯石墨烯(纯度不低于99％)0.5份、短纤维0.3份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液8份、水15份、氮化钛3份；
正极铅膏的制备方法：
(1)将四碱式硫酸铅、高纯石墨烯、短纤维和氮化钛混合均匀获得正极添加剂混合物；
(2)将步骤(1)制得的正极添加剂混合物与铅粉、红丹加入和膏机内进行搅拌，搅拌时间为10min，制得正极混合铅粉；
(3)向正极混合铅粉中加入水搅拌10min；
(4)加入硫酸溶液，边加硫酸溶液边搅拌，控制整个硫酸溶液添加过程中温度在65度以下，持续时间5min，添加完成后继续搅拌15min，出膏温度不高于50度，铅膏密度控制在4.5g/cm3。
负极铅膏的配方按重量份计：铅粉(氧化铅含量为70％～80％)100份、碳纳米管1份、超细硫酸钡(平均粒径为0.01～0.08μm)1份、木质素3份、短纤维0.1份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液8份、水15份、氮化钛3份。
负极铅膏的制备方法：
(1)将碳纳米管、超细硫酸钡、木质素、短纤维和氮化钛混合均匀获得负极添加剂混合物；
(2)将步骤(1)制得的负极添加剂混合物与铅粉加入和膏机内进行搅拌，搅拌时间为5min，制得正极混合铅粉；
(3)向正极混合铅粉中加入水搅拌20min；
(4)加入硫酸溶液，边加硫酸溶液边搅拌，控制整个硫酸溶液添加过程中温度在65度以下，持续时间5min，添加完成后继续搅拌15min，出膏温度不高于50度，铅膏密度控制在4.5g/cm3。
按6-DZM-20电池，正极板栅合金(质量比)：钙0.09％、锡1％、铝0.05％，其余为铅；负极板栅合金(质量比)：钙0.12％、锡0.4％、铝0.03％，其余为铅。
将上述正极铅膏和负极铅膏分别涂覆在正、负极板栅上，并固化得到正极板和负极板，然后将正极板和负极板装配成型号为6-DZM-20的电池。
实施例2
正极铅膏的配方按重量份计：铅粉(氧化铅含量为70％～80％)100份、红丹5份、四碱式硫酸铅10份、高纯石墨烯(纯度不低于99％)0.8份、短纤维0.2份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液12份、水12份、氮化钛2份；
正极铅膏的制备方法：
(1)将四碱式硫酸铅、高纯石墨烯、短纤维和氮化钛混合均匀获得正极添加剂混合物；
(2)将步骤(1)制得的正极添加剂混合物与铅粉、红丹加入和膏机内进行搅拌，搅拌时间为5min，制得正极混合铅粉；
(3)向正极混合铅粉中加入水搅拌20min；
(4)加入硫酸溶液，边加硫酸溶液边搅拌，控制整个硫酸溶液添加过程中温度在65度以下，持续时间8min，添加完成后继续搅拌10min，出膏温度不高于50度，铅膏密度控制在4.3g/cm3。
负极铅膏的配方按重量份计：铅粉(氧化铅含量为70％～80％)100份、碳纳米管0.8份、超细硫酸钡(平均粒径为0.01～0.08μm)2份、木质素2份、短纤维0.2份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液12份、水12份、氮化钛2份。
负极铅膏的制备方法：
(1)将碳纳米管、超细硫酸钡、木质素、短纤维和氮化钛混合均匀获得负极添加剂混合物；
(2)将步骤(1)制得的负极添加剂混合物与铅粉加入和膏机内进行搅拌，搅拌时间为10min，制得正极混合铅粉；
(3)向正极混合铅粉中加入水搅拌10min；
(4)加入硫酸溶液，边加硫酸溶液边搅拌，控制整个硫酸溶液添加过程中温度在65度以下，持续时间8min，添加完成后继续搅拌10min，出膏温度不高于50度，铅膏密度控制在4.3g/cm3。
按6-DZM-20电池，正极板栅合金(质量比)：钙0.09％、锡1％、铝0.05％，其余为铅；负极板栅合金(质量比)：钙0.12％、锡0.4％、铝0.03％，其余为铅。
将上述正极铅膏和负极铅膏分别涂覆在正、负极板栅上，并固化得到正极板和负极板，然后将正极板和负极板装配成型号为6-DZM-20的电池。
实施例3
正极铅膏的配方按重量份计：铅粉(氧化铅含量为70％～80％)100份、红丹10份、四碱式硫酸铅5份、高纯石墨烯(纯度不低于99％)1份、短纤维0.1份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液15份、水10份、氮化钛1份；
正极铅膏的制备方法：
(1)将四碱式硫酸铅、高纯石墨烯、短纤维和氮化钛混合均匀获得正极添加剂混合物；
(2)将步骤(1)制得的正极添加剂混合物与铅粉、红丹加入和膏机内进行搅拌，搅拌时间为10min，制得正极混合铅粉；
(3)向正极混合铅粉中加入水搅拌10min；
(4)加入硫酸溶液，边加硫酸溶液边搅拌，控制整个硫酸溶液添加过程中温度在65度以下，持续时间5min，添加完成后继续搅拌15min，出膏温度不高于50度，铅膏密度控制在4.5g/cm3。
负极铅膏的配方按重量份计：铅粉(氧化铅含量为70％～80％)100份、碳纳米管0.5份、超细硫酸钡(平均粒径为0.01～0.08μm)3份、木质素1份、短纤维0.3份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液15份、水10份、氮化钛1份。
负极铅膏的制备方法：
(1)将碳纳米管、超细硫酸钡、木质素、短纤维和氮化钛混合均匀获得负极添加剂混合物；
(2)将步骤(1)制得的负极添加剂混合物与铅粉加入和膏机内进行搅拌，搅拌时间为5min，制得正极混合铅粉；
(3)向正极混合铅粉中加入水搅拌20min；
(4)加入硫酸溶液，边加硫酸溶液边搅拌，控制整个硫酸溶液添加过程中温度在65度以下，持续时间5min，添加完成后继续搅拌15min，出膏温度不高于50度，铅膏密度控制在4.5g/cm3。
按6-DZM-20电池，正极板栅合金(质量比)：钙0.09％、锡1％、铝0.05％，其余为铅；负极板栅合金(质量比)：钙0.12％、锡0.4％、铝0.03％，其余为铅。
将上述正极铅膏和负极铅膏分别涂覆在正、负极板栅上，并固化得到正极板和负极板，然后将正极板和负极板装配成型号为6-DZM-20的电池。
对比例1
按实施例3相同方法制备电池，仅正极铅膏和负极铅膏中不添加氮化钛，同时负极铅膏中碳纳米管替换为乙炔黑，获得作为对比例的6-DZM-20电池。
实施例4
将实施例1～3与对比例1的成品6-DZM-20电池进行初期容量与循环寿命测试，循环寿命测试方法：
(1)放电：10A放电至42V；
(2)充电：恒压59.2V限流8A充电5小时；
(3)循环(1)、(2)至容量低于额定容量的80％即为终止。
测试结果如表1所示。
表1
从上表数据可以看出，实施例1～3早期容量衰减比对比例1稍好；循环寿命次数，实施例1～3的循环寿命明显要优于对比例1。

Claims (8)

1.一种动力型铅蓄电池，包括正极板和负极板，所述正极板包括正极板栅和正极铅膏，所述负极板包括负极板栅和负极铅膏，其特征在于，
所述正极铅膏的配方按重量份计包括：铅粉100份、红丹1～10份、四碱式硫酸铅5～15份、石墨烯0.5～1份、短纤维0.1～0.3份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液8～15份、水10～15份、氮化钛1～3份；
所述负极铅膏的配方按重量份计包括：铅粉100份、碳纳米管0.5～1份、硫酸钡1～3份、木质素1～3份、短纤维0.1～0.3份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液8～15份、水10～15份、氮化钛1～3份。
2.如权利要求1所述的动力型铅蓄电池，其特征在于，所述正极铅膏的配方按重量份计包括：铅粉100份、红丹5份、四碱式硫酸铅10份、石墨烯0.8份、短纤维0.2份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液12份、水12份、氮化钛2份。
3.如权利要求1所述的动力型铅蓄电池，其特征在于，所述负极铅膏的配方按重量份计包括：铅粉100份、碳纳米管0.8份、硫酸钡2份、木质素2份、短纤维0.2份、密度为1.4g/ml的硫酸溶液12份、水12份、氮化钛2份。
4.如权利要求1所述的动力型铅蓄电池，其特征在于，所述铅粉中的氧化铅含量为70％～80％。
5.如权利要求1所述的动力型铅蓄电池，其特征在于，所述硫酸钡为超细硫酸钡，平均粒径为0.01～0.08μm。
6.如权利要求1所述的动力型铅蓄电池，其特征在于，所述石墨烯为高纯石墨烯，纯度不低于99％。
7.如权利要求1所述的动力型铅蓄电池，其特征在于，所述正极铅膏的制备方法包括：
(1)将四碱式硫酸铅、石墨烯、短纤维和氮化钛混合均匀获得正极添加剂混合物；
(2)将步骤(1)制得的正极添加剂混合物与铅粉、红丹加入和膏机内进行搅拌，搅拌时间为5～10min，制得正极混合铅粉；
(3)向正极混合铅粉中加入水搅拌10～20min；
(4)加入硫酸溶液，边加硫酸溶液边搅拌，控制整个硫酸溶液添加过程中温度在65度以下，持续时间5～8min，添加完成后继续搅拌10～15min，出膏温度不高于50度，铅膏密度控制在4.3～4.5g/cm3。
8.如权利要求1所述的动力型铅蓄电池，其特征在于，所述负极铅膏的制备方法包括：
(1)将碳纳米管、硫酸钡、木质素、短纤维和氮化钛混合均匀获得负极添加剂混合物；
(2)将步骤(1)制得的负极添加剂混合物与铅粉加入和膏机内进行搅拌，搅拌时间为5～10min，制得正极混合铅粉；
(3)向正极混合铅粉中加入水搅拌10～20min；
(4)加入硫酸溶液，边加硫酸溶液边搅拌，控制整个硫酸溶液添加过程中温度在65度以下，持续时间5～8min，添加完成后继续搅拌10～15min，出膏温度不高于50度，铅膏密度控制在4.3～4.5g/cm3。
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