CN110364689B - 一种节能型极板固化干燥工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能型极板固化干燥工艺，涉及蓄电池化成领域，通过低温高湿固化、高温高湿固化、中温中湿固化、中温低湿固化、中温低湿固化、高温干燥、中温干燥，的步骤来实现蓄电池极板的固化干燥，通过调节固化室的内部压强、设置适宜的温度湿度和对极板施加超声波高频振动，促进了化学反应的速度，缩短了生产周期，减少了电能和蒸汽能耗。

Description

一种节能型极板固化干燥工艺
技术领域
本发明涉及蓄电池制造领域，尤其涉及一种节能型极板固化干燥工艺。
背景技术
极板固化干燥在一定的温度和湿度条件下，使铅膏失去水分并形成可塑性的物质，进而凝结成微孔均匀的固态物质。经过固化干燥的极板具有良好的机械性能和电性能，其容量和寿命都很好，固化干燥不佳的极板经常会出现活性物质疏松、易脱落等现象，电池性能无法保证。固化室是固化工序主要的设备，该设备可通过设置面板设置程序，具有自动加热、加湿和通风的功能。固化程序可细分为多个阶段，递进式的调节温度和湿度，保证极板的固化效果。固化前期要在含水量较多的情况下生成碱式硫酸铅，固化后期要快速降低含水量，促进单质铅的氧化。现有的固化干燥工艺一般在三天左右，需要消耗大量的电能和蒸汽，针对工艺耗时长、能耗高的问题，需要开发新的极板固化干燥工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能型极板固化干燥工艺，通过调节固化室的内部压强、设置适宜的温度湿度和对极板施加超声波高频振动，促进了化学反应的速度，缩短了生产周期，减少了电能和蒸汽能耗。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的目的是提供一种节能型极板固化干燥工艺，分为固化和干燥两个阶段，所述工艺步骤如下：
1）低温高湿固化：将涂制好铅膏的生极板置于温度40-45℃、湿度95-100％、压强0.1-0.2Mpa的固化室中固化1-2h，此时铅膏的含水量在10%左右，在温度较低湿度较高时，铅膏内部的游离铅部分氧化，与硫酸铅和水反应，形成3PbO·PbSO4·H2O（简称3BS），该物质可以提高蓄电池的初期容量；
2）高温高湿固化：在温度70-80℃、湿度95-99％、压强0.2-0.3Mpa的固化室中固化15-17h，同时施加频率为50-100kHz超声波，超声波发生器间歇性工作，提高铅膏孔隙中水分子的运动幅度，在高温高湿条件下，铅膏内部的部分游离铅同时氧化释放热量，促进氧化铅和中间态3BS反应生成4PbO·PbSO4（简称4BS），该物质可以延长蓄电池的寿命。3BS和4BS相互交联形成纤维状网络结构，增加铅膏颗粒的结合力，能够提高极板的强度；
3）中温中湿固化：在温度60-70℃、湿度80-90％、压强0.3-0.6Mpa的固化室中固化10-12h，由于铅膏孔隙中的水分较多，铅单质难以接触到充足的氧气得以快速氧化，同时施加频率为50-100kHz超声波，超声波发生器间歇性工作，可以加速水分的蒸发，将铅膏含水量逐渐减少到7.5%以下，使铅膏中的游离铅与氧气充分接触反应生成氧化铅，由于反应放出热量，水分进一步蒸发，促使氧化反应充分进行；
4）中温低湿固化：在温度65-70℃、湿度15-20％、压强0.2-0.3Mpa的固化室中固化2-3h，形成良好的腐蚀层，增加板栅与铅膏之间的附着力，使板栅表面与铅膏结合更加紧密，电阻更小，有利于改善蓄电池的深循环放电性能；
5）高温干燥：在温度70-80℃、湿度0-15％、压强0.04-0.05Mpa固化室中干燥9-10h，该阶段保持较高的温度使铅膏颗粒间或者空隙中的水分能够平稳的挥发，形成均匀的微孔状结构，防止出现铅膏收缩开裂；
6）中温干燥：在温度55-60℃、湿度0％、压强0.03-0.04Mpa固化室中干燥时间1-2h，温度和湿度逐步降低，使铅膏内部的剩余的水分蒸发，同时防止氧化铅与空气中的二氧化碳发生反应生成电性能差的碳酸铅。
优选地，进行固化干燥工艺前极板预先经过1.3-1.6g/cm3硫酸溶液浸润表面，再经过160-200℃高温烘烤5-15s。使极板表面形成一层较硬的硫酸盐，防止极板之间粘连。
优选地，相邻极板之间的距离≥3mm。较大的间隙可以保证极板之间的空气流通，同时防止相邻极板发生粘连。
本发明一种节能型极板固化干燥工艺与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过调节固化室的内部压强、设置适宜的温度湿度和对极板施加超声波高频振动，促进了化学反应的速度，缩短了生产周期，减少了电能和蒸汽能耗。
具体实施方式
实施例1
以6-DZF-20电池为例，正极板厚度2.6mm，负极板厚度1.6mm。极板预先经过1.3g/cm3硫酸溶液浸润表面，再经过180℃高温烘烤10s，极板之间的距离3mm。极板固化干燥工艺，包括：
1）低温高湿固化：将涂制好铅膏的生极板置于温度40℃、湿度100％、压强0.1Mpa的固化室中固化1h；
2）高温高湿固化：在温度75℃、湿度99％、压强0.2Mpa的固化室中固化16h，同时施加频率为90kHz超声波，超声波发生器每工作1小时暂停1小时；
3）中温中湿固化：在温度70℃、湿度85％、压强0.6Mpa的固化室中固化11h，同时施加频率为90kHz超声波，超声波发生器每工作1小时暂停1小时；
4）中温低湿固化：在温度65℃，湿度15％，压强0.3Mpa的固化室中固化2h；
5）高温干燥：在温度70℃、湿度5％、压强0.05Mpa的固化室中固化9h；
6）中温干燥：在温度55℃、湿度0％、压强0.04Mpa的固化室中固化1h。
将实施例1制备的极板进行性能检测。
1、极板化学分析检测。
检测制备的极板内游离铅和含水量
标准 正极板1 正极板2 负极板1 负极板2
游离铅 ≤5% 3.87% 3.85% 3.26% 3.12%
含水量 ≤0.3% 0.11% 0.12% 0.12% 0.14%
2、极板跌落试验。
将生极板从1m高处，正、反面各水平自由落在平整的水泥地面上，测定跌落前后极 板重量，跌落率=（跌落前重量-跌落后重量）/跌落前重量。
序号 标准 正极板 负极板
1 ≤1% 0.65% 0.58%
2 ≤1% 0.69% 0.63%
3 ≤1% 0.74% 0.54%
3、蓄电池性能检测。
将上述极板按照常规工艺组装制备型号为6-DZF-20的阀控式铅酸蓄电池，参照试验标准GB/T 22199.1-2017。
3.1容量。
检测方法：在温度为25℃±2℃的环境中以I2（A）电流放电至单体蓄电池平均电压达到1.75V/单体时终止。
3.2低温-18℃容量。
在-18℃±1℃环境中保持12h，然后以I2（A）电流放电到单体蓄电池平均电压10.5V/只时终止。
3.3大电流放电特性。
在25℃±2℃的环境中静置1h-4h后，以3.6I2（A）电流放电至蓄电池端电压10.5V/只时终止。
3.4循环寿命。
在25℃±5℃的环境中，以I2（A）电流放电1.6h，然后以恒定蓄电池平均电压16V/ 只[限流0.4 I2]充电6.4h；以上为一个循环寿命次数。当放电1.6h蓄电池端电压连续三次 低于单体蓄电池平均电压10.5V/只时，认为蓄电池循环寿命终止。
序号 检测项目 标准 实施例1
1 容量 ≥20Ah 22
2 低温-18℃容量 ≥14Ah 16.6
3 大电流放电特性 ≥25min 28
4 循环寿命 ≥350次 431
实施例2
以6-DZF-12电池为例，正极板厚度2.5mm，负极板厚度1.5mm。极板预先经过1.4g/cm3硫酸溶液浸润表面，再经过160℃高温烘烤10s，极板之间的距离4mm。极板固化干燥工艺，包括：
1）低温高湿固化：将涂制好铅膏的生极板置于温度42℃、湿度98％、压强0.1Mpa的固化室中固化1h；
2）高温高湿固化：在温度72℃、湿度99％、压强0.3Mpa的固化室中固化15h，同时施加频率为60kHz超声波，超声波发生器每工作1.5小时暂停1小时；
3）中温中湿固化：在温度68℃、湿度89％、压强0.5Mpa的固化室中固化10h，同时施加频率为60kHz超声波，超声波发生器每工作1.5小时暂停1小时；
4）中温低湿固化：在温度65℃、湿度16％、压强0.2Mpa的固化室中固化3h；
5）高温干燥：在温度65℃、湿度3％、压强0.04Mpa的固化室中固化9h；
6）中温干燥：在温度58℃、湿度0％、压强0.04Mpa的固化室中固化2h。
将实施例2制备的极板进行性能检测。
1、极板化学分析检测。
检测制备的极板内游离铅和含水量
标准 正极板1 正极板2 负极板1 负极板2
游离铅 ≤5% 3.25% 3.47% 3.33% 3.18%
含水量 ≤0.3% 0.15% 0.12% 0.11% 0.13%
2、极板跌落试验。
将生极板从1m高处，正、反面各水平自由落在平整的水泥地面上，测定跌落前后极 板重量，跌落率=（跌落前重量-跌落后重量）/跌落前重量。
序号 标准 正极板 负极板
1 ≤1% 0.42% 0.49%
2 ≤1% 0.63% 0.51%
3 ≤1% 0.56% 0.55%
3、蓄电池性能检测。
将上述极板按照常规工艺组装制备型号为6-DZF-20的阀控式铅酸蓄电池，参照试验标准GB/T 22199.1-2017。
3.1容量。
检测方法：在温度为25℃±2℃的环境中以I2（A）电流放电至单体蓄电池平均电压达到1.75V/单体时终止。
3.2低温-18℃容量。
在-18℃±1℃环境中保持12h，然后以I2（A）电流放电到单体蓄电池平均电压10.5V/只时终止。
3.3大电流放电特性。
在25℃±2℃的环境中静置1h-4h后，以3.6I2（A）电流放电至蓄电池端电压10.5V/只时终止。
3.4循环寿命。
在25℃±5℃的环境中，以I2（A）电流放电1.6h，然后以恒定蓄电池平均电压16V/ 只[限流0.4 I2]充电6.4h；以上为一个循环寿命次数。当放电1.6h蓄电池端电压连续三次 低于单体蓄电池平均电压10.5V/只时，认为蓄电池循环寿命终止。
序号 检测项目 标准 实施例1
1 容量 ≥10Ah 13.1
2 低温-18℃容量 ≥8.4Ah 9.24
3 大电流放电特性 ≥25min 29
4 循环寿命 ≥350次 450
由以上数据可知，采用新技术的固化工艺，缩短的固化干燥的周期，提高了活性物质的转化速度，提高了极板的性能，进而降低了极板电阻，提高了蓄电池的容量、低温容量和大电流放电特性，延长了循环寿命。

Claims (2)

1.一种节能型极板固化干燥工艺，其特征在于，包括以下步骤，
1)低温高湿固化：将涂制好铅膏的生极板置于温度40-45℃、湿度95-100％、压强0.1-0.2Mpa的固化室中固化1-2h；
2)高温高湿固化：提升温度至70-80℃、保持湿度95-99％、提升压强至0.2-0.3Mpa的固化室中固化15-17h，同时施加频率为50-100kHz超声波，超声波发生器间歇性工作；
3)中温中湿固化：降低温度至60-70℃、降低湿度至80-90％、提升压强至0.3-0.6Mpa的固化室中固化10-12h，同时施加频率为50-100kHz超声波，超声波发生器间歇性工作；
4)中温低湿固化：保持温度在65-70℃、降低湿度至15-20％、降低压强至0.2-0.3Mpa的固化室中固化2-3h；
5)高温干燥：提高温度至70-80℃、降低湿度至0-15％、降低压强至0.04-0.05Mpa固化室中干燥9-10h；
6)中温干燥：降低温度至55-60℃、降低湿度至0％、保持压强0.03-0.04Mpa固化室中干燥时间1-2h。
2.根据权利要求1所述的一种节能型极板固化干燥工艺，其特征在于，进行固化干燥工艺前极板预先经过1.3-1.6g/cm3硫酸溶液浸润表面，再经过160-200℃高温烘烤5-15s。
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