CN110085844A - 一种电池负极板和膏及其中组分最优配比范围的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动助力车电池负极板和膏，包括和膏铅粉，还包括改性短纤维，改性短纤维与和膏铅粉均匀混合，改性短纤维的单根纤维直径为5～7μm，改性短纤维与和膏铅粉的重量比为7:10000～8:10000。本发明还公开了该一种电动助力车电池负极板和膏中改性短纤维最优配比范围的确定方法。本发明提供的电池负极板和膏采用了新型的短纤维及其最优配比范围的确定方法，短纤维与现有短纤维相比，在用量相当的情况下可增加活性物质机械强度，进而提高负极板跌落强度，降低分刷板报废率，同时又不会导致最终电池性能降低，因此可提高电池比能量，利于电动助力车电池进一步挖掘减重潜力。

Description

一种电池负极板和膏及其中组分最优配比范围的确定方法
技术领域
本发明涉及一种电池新材料中相关组分最优添加量的确定方法，更具体地说，它涉及一种电动助力车电池负极板和膏及其中改性短纤维最优配比范围确定方法。
背景技术
短纤维作为铅酸电池极板的重要组成部分，在电池中发挥着举足轻重的作用。短纤维是活性物质的骨架，在极板中构成三维网状结构，增强了极板的机械强度。加入短纤维后，在涂板过程中铅膏容易成型，同时也在一定程度上防止了固化干燥过程中极板的开裂和减少了装配过程中极板的脱粉。中国铅酸蓄电池标准技术会制定的《电动助力车用阀控式铅酸蓄电池》新国标于2018年7月1日正式执行，标准里首次将铅酸蓄电池质量比能量作为判定是否符合新国标的标准之一。电动车电池市场竞争日趋激烈，需不断技术创新，不断提高电池的比能量和降低电池材料投入成本方能跟上行业发展的脚步。
目前，电动助力车电池减重需求迫在眉睫，当前主要通过负极板板栅减重和活性物质的减少来实现电池减重，但这会导致负极板跌落强度下降，分刷板报废率急剧增加，电池性能下降等现象，给电动助力车电池的进一步降重的带来了困扰。以上问题的产生与负极和膏中的短纤维的含量变化有极大关系，短纤维的用量控制以不损害电池性能为原则，为了兼顾减重、性能保持及成本控制等多个方面的要求，极有必要在改良短纤维自身性能这个方向上另辟蹊径。但当前在行业内缺少符合条件的新型短纤维，以及新型短纤维在负极和膏中合适配比的确定方法。公开号为CN107403934A的发明专利于2017年11月28日公开了一种铅酸蓄电池极板用短纤维，包括多根长度为≤6mm的有机纤维，所述的有机纤维单纤细度为0.15-0.8D，应用该发明，提高了极板的强度，降低生产过程中的废损，增加活性物质的机械强度，防止脱落，从而提高循环性能；同时减少浮粉产生，还可以提高正极板的孔率，提高初容量。但该发明虽然提到了一种铅酸蓄电池极板用短纤维，却未对怎样确定短纤维的最优添加量进行详细说明。
发明内容
现行的电动助力车电池缺少理想的负极板和膏，以及负极和膏中主要组分合适配比的确定方法，导致在努力实施电池减重的同时无法兼顾电池性能保持及成本控制，为克服这些缺陷，本发明提供了一种可同时兼顾电池减重、电池性能保持及成本控制等方面要求，利于电动助力车电池进一步挖掘减重潜力的电动助力车电池负极板和膏，以及负极板和膏中组分最优配比范围的确定方法。
本发明的技术方案是：一种电动助力车电池负极板和膏，包括和膏铅粉，还包括改性短纤维，改性短纤维与和膏铅粉均匀混合，改性短纤维的单根纤维直径为5～7μm，改性短纤维与和膏铅粉的重量比为7:10000～8:10000。通过试验发现，单根纤维直径为5～7μm的改性短纤维可更好地与和膏铅粉及其它添加剂结合，用此种改性短纤维按照7:10000～8:10000的配比制成的电动助力车电池负极板和膏在涂板后制成的电池负极板的自身强度可得到提高，在电池负极板后续的分刷加工中不易出现切伤、变形等问题，可有效降低电池负极板的分刷报废率，与此同时还能在最终制成电池时维持电池性能基本不变，以及合理的费效比,因此有助于电动助力车电池进一步挖掘减重潜力。
作为优选，所述改性短纤维的单根纤维长度为2.5～3.2mm。单根纤维长度控制在2.5～3.2mm，既有利于改性短纤维与和膏铅粉及其它添加剂混合，又利于改性短纤维在极板和膏中纠缠交联，构筑三维网状结构，增强极板的机械强度。
作为优选，所述改性短纤维用聚丙烯腈制成。用聚丙烯腈制成的改性短纤维在满足强度要求的前提下，还具有较好的耐热、耐腐蚀性能，在长期适应电池内部工况，确保用添加了本改性短纤维的极板和膏涂布制成的电池负极板具有较理想的使用寿命。
一种电动助力车电池负极板和膏中组分最优配比范围的确定方法，包括下述步骤：
Ａ．用和膏铅粉、改性短纤维和其它添加剂电动助力车负极板和膏，改性短纤维与和膏铅粉以不同重量配比添加，形成多种负极板和膏试样；
Ｂ．针对每种试样准备相应数量同一规格的负板栅，将各试样一一对应地分别在各负板栅上进行涂板，并采用同一工艺固化干燥，制成负极板胚板；
Ｃ．分刷，即把负极板胚板切割成小片极板；
Ｄ．连续统计各试样对应的负极板胚板分刷报废率；
Ｅ．对各试样的分刷后小片极板进行跌落强度测试，并进行测试结果对比；
Ｆ．各试样的分刷后小片极板与相同的正极板搭配组装电池，并进行电池性能对比测试。
通过以上步骤，可以将采用不同改性短纤维配比制成的极板和膏对电池极板的影响直观反映出来，便于比较，从而确定改性短纤维在极板和膏中的最优配比范围。
作为优选，步骤B中的负板栅为同一批次生产。同一批次生产的负板栅用料、规格等各方面一致性相对较好，用同一批次生产的负板栅制成的负极板胚板涂布不同配比的极板和膏，可以最大程度地减少极板和膏自身之外的因素对各项测试结果的影响，从而准确地确定改性短纤维在极板和膏中的最优配比范围。
作为优选，步骤E以跌落前后重量损失率作为测试结果统计，步骤F以电池寿命作为测试结果统计。重量损失率能比较综合地反映样品跌落后的受损程度，电池寿命也是衡量当前电动助力车电池性能的主要参数，这些测试结果既能准确反映试样相关性能，也比较容易获取，易于实施。
作为优选，该方法还包括以下步骤：制作参照试样，参照试样采用采用步骤A同样方法制作，只是用单根纤维直径为9～22μm的普通短纤维替换改性短纤维，参照试样也参与步骤B～F。参照试样按现有加工工艺制成，参照试样可使得采用不同改性短纤维配比的试样相互比较之外还有一共同参照物，方便各试样直观、全面、快速地体现出性能差别。
作为优选，每种试样各调制多份，且每种试样份数相同，步骤D、E、F中每种试样随机抽取多份进行测试，最后以平均值计各步骤中的测试结果。这样操作更符合统计学原理，测试结果更为科学、准确。
作为优选，步骤C的所有分刷操作在同一分刷机台上进行。用同一分刷机台进行分刷操作，可避免不同分刷机台的不同加工性能造成分刷报废率的差异，最大程度地减少极板和膏自身之外的因素对各项测试结果的影响，从而准确地确定改性短纤维在极板和膏中的最优配比范围。
本发明的有益效果是：
可同时兼顾电池减重、电池性能保持及成本控制等方面要求，利于电动助力车电池进一步挖掘减重潜力。本发明提供的电池负极板和膏采用了新型的短纤维及其最优配比范围的确定方法，短纤维与现有短纤维相比，在用量相当的情况下可增加活性物质机械强度，进而提高负极板跌落强度，降低分刷板报废率，同时又不会导致最终电池性能降低，因此可提高电池比能量，利于电动助力车电池进一步挖掘减重潜力。
附图说明
图1为本发明中不同试样三次跌落强度数据图；
图2为本发明中不同试样三次跌落强度平均值对比图；
图3为本发明中不同试样分刷板报废率数据图；
图4为本发明中不同试样分刷板报废率平均值对比图。
具体实施方式
下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
一种电动助力车电池负极板和膏，包括和膏铅粉，还包括改性短纤维，改性短纤维与和膏铅粉均匀混合，改性短纤维的单根纤维直径为5～7μm，改性短纤维与和膏铅粉的重量比为7:10000～8:10000。所述改性短纤维的单根纤维长度为2.5～3.2mm。所述改性短纤维用聚丙烯腈制成。
所述的电动助力车电池负极板和膏中改性短纤维最优配比范围的确定方法，包括下述步骤：
将和膏铅粉、改性短纤维和其它添加剂一起加入和膏机中，加入硫酸和水通过不断搅拌从而配制成适合涂板的电动助力车负极板和膏，改性短纤维与和膏铅粉以6:10000配比添加，形成的负极板和膏试样编号为A1；改性短纤维与和膏铅粉以7:10000配比添加，形成的负极板和膏试样编号为A2；改性短纤维与和膏铅粉以8:10000配比添加，形成的负极板和膏试样编号为A3；另制作参照试样编号为B1，参照试样采用与试样A1、A2、A3同样的制作方法制作，只是用单根纤维直径为9～22μm的普通短纤维替换改性短纤维, 且普通短纤维与和膏铅粉以8:10000配比；A1、A2、A3、B1四种试样各准备十份；
针对A1、A2、A3、B1每种试样准备四块同一规格的负板栅，且四块负板栅为同一批次生产，将各试样一一对应地分别在各负板栅上进行涂板，并采用同一工艺固化干燥，制成四种负极板胚板；
分刷，即把负极板胚板切割成小片极板，所有分刷操作在同一分刷机台上进行；
连续统计各试样对应的负极板胚板分刷报废率，每种试样随机抽取三份进行测试，最后以平均值计各步骤中的测试结果；
对各试样的分刷后小片极板进行跌落强度测试，并进行测试结果对比，以跌落前后重量损失率作为测试结果统计，每种试样随机抽取三份进行测试，最后以平均值计各步骤中的测试结果；
各试样的分刷后小片极板与相同的正极板搭配组装电池，并进行电池性能对比测试，以电池循环次数作为测试结果统计，每种试样随机抽取三份进行测试，最后以平均值计各步骤中的测试结果。
如图1至图4所示，测试表明，改性短纤维与和膏铅粉以6:10000重量配比的A1试样分刷合格率波动较大且分刷板报废率较高，极板跌落强度更差，各项测试结果与B1试样大致相当；而改性短纤维与和膏铅粉的重量配比为7:10000、8:10000的A2、A3，分刷合板格率相对稳定，波动较小，比B2试样报废率降低16%左右；A2、A3极板跌落强度较好，比B2试样强度提高21%左右； A2和A3电池循环次数基本一样，相比A1和B1电池循环次数提高5%左右。最终确定改性短纤维与和膏铅粉重量配比7:10000～8:10000为最佳配比范围。
实施例2：
步骤A中A1试样改性短纤维与和膏铅粉的重量比为5:10000，A2试样改性短纤维与和膏铅粉的重量比为7.5:10000，四种试样各准备十二份，步骤D、E、F中每种试样随机抽取四份进行测试。结果表明，A1各项测试结果均差于B1，A2和A3各项测试结果均好于B1。其余同实施例1。
实施例3：
A3试样改性短纤维与和膏铅粉的重量比为9:10000，四种试样各准备十五份，步骤D、E、F中每种试样随机抽取五份进行测试。结果表明，A1各项测试结果与B1大致相当，A2和A3各项测试结果均好于A1、B1，但A2和A3相互间大致相当。其余同实施例1。

Claims (9)

1.一种电动助力车电池负极板和膏，包括和膏铅粉，其特征是还包括改性短纤维，改性短纤维与和膏铅粉均匀混合，改性短纤维的单根纤维直径为5～7μm，改性短纤维与和膏铅粉的重量比为7:10000～8:10000。
2.根据权利要求1所述的电动助力车电池负极板和膏，其特征是所述改性短纤维的单根纤维长度为2.5～3.2mm。
3.根据权利要求1或2所述的电动助力车电池负极板和膏，其特征是所述改性短纤维用聚丙烯腈制成。
4.权利要求1所述的电动助力车电池负极板和膏中改性短纤维最优配比范围的确定方法，其特征是包括下述步骤：
A．用和膏铅粉、改性短纤维和其它添加剂电动助力车负极板和膏，改性短纤维与和膏铅粉以不同重量配比添加，形成多种负极板和膏试样；
B．针对每种试样准备相应数量同一规格的负板栅，将各试样一一对应地分别在各负板栅上进行涂板，并采用同一工艺固化干燥，制成负极板胚板；
C．分刷，即把负极板胚板切割成小片极板；
D．连续统计各试样对应的负极板胚板分刷报废率；
Ｅ．对各试样的分刷后小片极板进行跌落强度测试，并进行测试结果对比；
Ｆ．各试样的分刷后小片极板与相同的正极板搭配组装电池，并进行电池性能对比测试。
5.根据权利要求4所述的负极板和膏中改性短纤维最优配比范围的确定方法，其特征是步骤B中的负板栅为同一批次生产。
6.根据权利要求4所述的负极板和膏中改性短纤维最优配比范围的确定方法，其特征是，步骤E以跌落前后重量损失率作为测试结果统计，步骤F以电池寿命作为测试结果统计。
7.根据权利要求4所述的负极板和膏中改性短纤维最优配比范围的确定方法，其特征是还包括以下步骤：制作参照试样，参照试样采用步骤A同样方法制作，只是用单根纤维直径为9～22μm的普通短纤维替换改性短纤维，参照试样也参与步骤B～F。
8.根据权利要求4所述的负极板和膏中改性短纤维最优配比范围的确定方法，其特征是每种试样各调制多份，且每种试样份数相同，步骤D、E、F 中每种试样随机抽取多份进行测试，最后以平均值计各步骤中的测试结果。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的负极板和膏中改性短纤维最优配比范围的确定方法，其特征是步骤C的所有分刷操作在同一分刷机台上进行。
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