CN110400909B - 一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺 - Google Patents

一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺，将涂覆有铅膏的负极板均匀摆放或悬挂在固化架上，由以下阶段组成：第1段：控制固化室温度25‑38℃，湿度100％，固化时间6‑10h；循环风量10％‑30％；第2段：控制固化室温度25‑38℃，湿度85％‑90％。一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺，设置的固化温度较低，与室温更加接近，铅膏固化中，游离铅与扩散到铅膏内部氧或板面上氧发生的氧化反应，释放出一定的热量，即使不对固化室进行蒸汽加热的情况下，能达到工艺要求的温度，节省了大量的蒸汽和能耗，即到达了产品的质量要求，又降低了生产成本，解决了现有技术中的能耗问题。

Description

一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺
技术领域
本发明涉及一种自然固化方法，特别涉及一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺。
背景技术
铅酸蓄电池制造过程中，极板固化是主要核心之一，板栅在涂填铅膏后，只有通过固化工艺，才能使铅膏粒子互相联结形成连续坚实的骨架，并紧紧地附着在板栅上。极板固化的好坏直接影响电池性能指标、使用寿命，目前极板突出问题是极板强度差、极板指标一致性差等问题。
极板固化分为氧化和干燥两个阶段。氧化过程主要完成：(1)游离铅的氧化，提高活性物质的容量；(2)板栅筋条表面铅的氧化，增加板栅筋与活性物质之间的结合力；(3)碱式硫酸铅的再结晶，提高极板的强度。干燥过程主要完成极板的干燥，增强极板强度和形成多孔电极。
生极板固化是铅酸蓄电池生产过程中一个十分重要的工序，控制好固化温度、相对湿度以及固化时间是生极板固化工艺的关键。如果这些参数未有效控制，固化后生极板中的活性物质中将难以得到最佳比例的三碱式硫酸铅和四碱式硫酸铅混合物。
固化后极板中的游离铅含量要降到5％以下，最好是不超过1％，这部分游离铅只有被氧化成氧化铅后才能转变成活性物质。由于 Pb(密度为11.34g/cm3)→PbSO4(密度为6.32g/cm3)→PbO2(密度为 9.37g/cm3)的转化过程中体积变化很大，经过现有固化工艺固化后的极板在化成过程中由于极板内部体积膨胀产生的应力会导致极板弯曲、活性物质脱落。同时由于活性物质体积的增加，会使活性物质的孔隙率降低，导致正极板化成时产生的氧气不容易传送到极板表面而溢出，并且在极板内部积累产生压力，这种带有压力的氧气从极板内部克服空隙中液体的阻力，向极板表面移动时具有冲刷作用，致使活性物质脱落，缩短电池的使用寿命。
基于上述陈述，本领域的技术人员也做了大量的研究，如专利CN 105428603 B一种铅酸蓄电池负极板的固化工艺中提出了较新的固化方法，但是这里面涉及到多步升温降温过程，这个导致加大蒸汽使用，能耗高，同时温度过高导致硫酸盐以4PbO·PbSO4形式存在，相对于3PbO·PbSO4·H2O来说，在充电化成过程中，难以转化为活性较高的U-PbO2，而易生成T-PbO2，虽然极板的机械强度高，但是其初容量低，放电性能差；再有CN105576195 B一种铅酸蓄电池负极板低温低湿固化工艺，虽然提出要解决这个问题，但是起始能耗依然较高，同时湿度的控制精度较高且步骤繁琐，过程控制严格。为此，我们提出一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺，本负极板自然固化工艺的固化阶段温度接近环境温度或室温，消耗电能、蒸汽量非常小；干燥阶段采用温度渐升的方式，使热能能够充分利用，蒸汽用量减少，所以说是一种低能耗的固化工艺，即降低了生产成本，又是环保节能，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺，将涂覆有铅膏的负极板均匀摆放或悬挂在固化架上，由以下阶段组成：
第1段：控制固化室温度25-38℃，湿度100％，固化时间6-10h；循环风量10％-30％；此阶段为晶体形态形成阶段：合膏时生成的一氧化铅、游离铅和三碱式疏酸铅(PbS04.3PbO)的混合物，在这个阶段， 100％湿度使其含水量保持在它初始的水平上，因为相对湿度为 100％，设定的温度有利于形成三式硫酸铅，高的水含量和在此温度状态下对溶解和再沉淀过程有利，这会促进晶体生长和形成；循环风 10％-30％控制有利于空气对流，氧气充足，又不至于过早使极板脱水。
第2段：控制固化室温度25-38℃，湿度85％-90％，固化时间 10-12h；循环风量10％-30％；此阶段为游离铅氧化阶段：这个阶段把湿度控制在85％-90％，经过第1段后铅膏含水量在6-9％范围内，有利于氧溶于水中扩散到极板内部，对铅膏中游离铅的氧化，在此阶段，初始铅膏中的游离铅含量在19％-28％，随着固化的时间推移，游离铅减少，此阶段为放热的反应，控制温度在25-38℃，此过程由于放热，固化温度超出25-38℃时，固化系统打开温控阀门，使固化室内外空气循环，达到规定的温度时，阀门关闭，以保持碱式硫酸铅(3BS) 的晶型转变；此时该相对湿度和固化时间，促使游离铅的量降到低于 5％；这一阶段也有助于板栅和铅膏之间良好腐蚀层的使铅膏与板栅结合牢固；循环风10％-30％控制有利于空气对流，氧气充足，又不至于过早使极板脱水。
第3段：控制固化室温度50-60℃，干燥时间3-5h；循环风量 70％-80％；此阶段目的是固化完成后去除铅膏空隙中的水，相对湿度为20％～30％，开始真正的干燥，去除空隙中或粒之间的水，平稳的去除水分且铅膏不能出现裂纹，只能在适中的温度下进行，且温度不能设置过高，加大循环风量空气运动，排出固化室内水分；如果水分去除太快，铅膏收缩开裂。
第4段：控制固化室温度60-70℃，干燥时间3-5h；循环风量 100％；此阶段有助于在铅膏中形成理想的孔率并且将最后残留的少量水去除，这样极板就基本干燥了。这时就可使用更高的温度，因为三碱式一四碱式平衡已经差不多达到静态；设置循环风量100％，使空气流动来有效地去除水是很重要的。
第5段：控制固化室温度75-80℃，干燥时间3-5h；循环风量 100％。此阶段有助于在铅膏中形成理想的孔率并且将最后残留的少量水去除，这样极板就基本干燥了。此时使用更高的温度，达成三碱式硫酸铅晶型转换稳态；设置循环风量100％，使空气流动来有效地去除水是很重要的；干燥之后，极板含水量小于0.5％，极板可在相对湿度低的情况下，把极板降至室温过程，使一氧化铅与空气中二氧化碳反应生成碱式碳酸铅，在极板表面生产碱式碳酸铅，提升极板强度。
进一步地，极板进固化室前所述铅膏内游离水含水量≥9.0％。
进一步地，固化前所述负极板间距为10-20mm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺，设置的固化温度较低，与室温更加接近，铅膏固化中，游离铅与扩散到铅膏内部氧或板面上氧发生的氧化反应，释放出一定的热量，即使不对固化室进行蒸汽加热的情况下，能达到工艺要求的温度，节省了大量的蒸汽和能耗，即到达了产品的质量要求，又降低了生产成本，解决了现有技术中的能耗问题。
说明书附图
图1为实施例1制备的12Ah负极板、20Ah负极板的XRD扫描物相分析结果柱状图；
图2为实施例2制备的12Ah负极板、20Ah负极板的XRD扫描物相分析结果柱状图；
图3为实施例3制备的12Ah负极板、20Ah负极板的XRD扫描物相分析结果柱状图；
图4为实施例4制备的12Ah负极板、20Ah负极板的XRD扫描物相分析结果柱状图；
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺，将涂覆有铅膏的负极板悬挂在固化架上，由以下阶段组成：
环境温度≥25℃时
第1段：温度28℃，湿度100％，固化时间8h；循环风量10％；加热蒸汽阀门关闭，雾化加湿开启；
第2段：温度35℃，湿度85％，固化时间10h；循环风量20％；加热蒸汽阀门关闭，雾化加湿开启；
第3段：温度55℃，干燥时间5h，湿度25％；循环风量75％；
第4段：温度70℃，干燥时间5h；循环风量100％；
第5段：温度75℃，干燥时间5h；循环风量100％。
极板在涂板后，入固化室前，极板间距10mm-20mm，负极板铅膏含水率控制在9.0％-9.3％。
本实施例1方法制备的12Ah负极板、20Ah负极板的：XRD扫描物相分析结果，3BS(含量35％-50％)符合要求范围，具体参见下表。
Figure RE-GDA0002186546870000061
实施例2
一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺，将涂覆有铅膏的负极板均匀悬挂在固化架上，由以下阶段组成：
环境温度≥25℃时，
第1段：温度35℃，湿度100％，固化时间5h；循环风量15％；加热蒸汽阀门关闭，雾化加湿开启。
第2段：温度35℃，湿度85％，固化时间5h；循环风量20％；加热蒸汽阀门关闭，雾化加湿开启。
第3段：温度55℃，干燥时间5h，湿度28％；循环风量75％；
第4段：温度75℃，干燥时间6h；循环风量100％；
第5段：温度80℃，干燥时间3h；循环风量100％。
极板在涂板后，入固化室前，极板间距10mm-20mm，负极板铅膏含水率控制在9.0％-9.3％。
本实施例2方法制备的12Ah负极板、20Ah负极板的：XRD扫描物相分析结果，3BS(含量35％-50％)符合要求范围，具体参见下表。
Figure RE-GDA0002186546870000071
实施例3
一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺，将涂覆有铅膏的负极板均匀悬挂在固化架上，由以下阶段组成：
环境温度＜25℃时
第1段：温度25℃，湿度100％，固化时间8h；循环风量20％；加热蒸汽阀门开启进行补偿性加热加湿，雾化加湿开启。
第2段：温度35℃，湿度85％，固化时间10h；循环风量25％；加热蒸汽阀门开启进行补偿性加热加湿，雾化加湿开启。
第3段：温度55℃，干燥时间5h，湿度30％；循环风量75％；
第4段：温度70℃，干燥时间5h；循环风量100％；
第5段：温度75℃，干燥时间5h；循环风量100％。
极板在涂板后，入固化室前，极板间距10mm-20mm，负极板铅膏含水率控制在9.2％-9.5％。
本实施例3方法制备的12Ah负极板、20Ah负极板的：XRD扫描物相分析结果，3BS(含量35％-50％)符合要求范围，具体参见下表。
Figure RE-GDA0002186546870000072
实施例4
一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺，将涂覆有铅膏的负极板均匀悬挂在固化架上，由以下阶段组成：
环境温度＜25℃时
第1段：温度35℃，湿度100％，固化时间5h；循环风量15％；加热蒸汽阀门开启进行补偿性加热加湿，雾化加湿开启。
第2段：温度35℃，湿度85％，固化时间5h；循环风量20％；加热蒸汽阀门开启进行补偿性加热加湿，雾化加湿开启。
第3段：温度55℃，干燥时间5h，湿度25％；循环风量75％；
第4段：温度75℃，干燥时间6h；循环风量100％；
第5段：温度80℃，干燥时间3h；循环风量100％。
极板在涂板后，入固化室前，极板间距10mm-20mm，负极板铅膏含水率控制在9.2％-9.5％。
本实施例4方法制备的12Ah负极板、20Ah负极板的：XRD扫描物相分析结果，3BS(含量35％-50％)符合要求范围，具体参见下表。
Figure RE-GDA0002186546870000081
本发明制备的负极极板，制成的6-DZF-20型成品电池对其进行性能检测，在25±2℃下，10A放电至1.75V/单格；恒压充电 2.47V/单格，限流3A，充电时间12h；当电池容量达到16Ah时终止；检测结果如下：
Figure RE-GDA0002186546870000082
Figure RE-GDA0002186546870000091
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺，将涂覆有铅膏的负极板均匀摆放或悬挂在固化架上，其特征在于，由以下阶段组成：
第1段：控制固化室温度25-35℃，湿度100％，固化时间6-10h；循环风量10%-30%；
第2段：控制固化室温度25-35℃，湿度85％-90％，固化时间10-12h；循环风量10%-30%；
第3段：控制固化室温度50-60℃，湿度20%-30%，干燥时间3-5h ；循环风量70%-80%；
第4段：控制固化室温度60-70℃，干燥时间3-5h ；循环风量100%；
第5段：控制固化室温度75-80℃，干燥时间3-5h ；循环风量100%。
2.根据权利要求1所述的一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺，其特征在于：极板进固化室前所述铅膏内游离水含水量≥9.0%。
3.根据权利要求1所述的一种铅炭蓄电池负极板自然固化工艺，其特征在于：固化前所述负极板间距为10-20mm。
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