CN110690454A - 一种蓄电池正极板的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池正极板的生产工艺，包括如下步骤：第一步、合金板栅的制备；第二步、调制好正极铅膏，通过涂板机将正极铅膏均匀涂布于板栅表面；第三步、湿板栅固化；第四步、极板化成，其中正极铅膏由如下重量份的原料制成：铅粉90‑100份、硫酸水溶液8‑12份、去离子水14‑18份、过硼酸钠0.5‑1份、石墨烯0.15‑0.2份。本发明通过对板栅合金进行改性，提高板栅的耐腐蚀性；通过铅膏的改性处理，不仅能够提高铅膏/板栅间结合力，而且能有效抑制负极硫酸盐化，提高蓄电池使用寿命；同时，通过将固化分为两个阶段并对温度、湿度参数进行优化，使得铅膏中活性物质与板栅结合较牢固，提高电池放电性能。

Description

一种蓄电池正极板的生产工艺

技术领域

本发明属于蓄电池极板加工技术领域，具体是涉及一种蓄电池正极板的生 产工艺。

背景技术

蓄电池作为一种可反复蓄电和放电的电源，由于其使用方便而且可以反复 的充电和放电，取代了传统的干电池，在生活中得到广泛的应用；极板是铅酸 蓄电池的重要组成部分，起到支撑活性物质，充当活性物质的载体，传导电流 的作用，使电流均匀分布在活性物质上。

铅酸蓄电池正极板包括板栅及涂覆在板栅上的活性物质涂层，其中，板栅 既是活性物质的支撑体，也是电流的导体。因此，板栅的质量以及活性物质对 蓄电池的导电性及使用寿命有着重要的影响。专利号为CN201811435269.7的中 国发明专利公开了一种铅酸蓄电池正极极板加工方法及其应用，在底层铺装起 始AGM隔板，再在起始AGM隔板表面喷涂打印负极流体铅膏，接着在负极铅膏 表面用铅合金粉末熔融打印网格状负极板栅，接着在负极板栅上表面喷涂打印 负极流体铅膏，趁湿再将第一AGM隔板叠加复合在负极流体铅膏上，然后在第 一AGM隔板表面喷涂打印正极流体铅膏，接着在正极铅膏表面用铅合金粉末熔 融打印网格状正极板栅，接续在正极板栅上表面喷涂打印正极流体铅膏，趁湿 再将第二AGM隔板叠加复合在正极流体铅膏上，在铺设收尾AGM隔板。该申请 主要是将蓄电池极板制成模块结构，然后进行组装，提高生产极板的效率。但 是该申请在正极板的导电性以及使用寿命方面仍然需要改进，以适应现代社会 对蓄电池的高要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蓄电池正极板的生产工艺，通过对板栅合金进 行改性，提高板栅的耐腐蚀性；通过铅膏的改性处理，不仅能够提高铅膏/板栅 间结合力，而且能有效抑制负极硫酸盐化，提高蓄电池使用寿命；同时，通过 将固化分为两个阶段并对温度、湿度参数进行优化，使得铅膏中活性物质与板 栅结合较牢固，提高电池放电性能，将该电池应用于蓄电池，能够提高电池使 用寿命及综合性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种蓄电池正极板的生产工艺，包括如下步骤：

第一步、合金板栅的制备：将Pb-Ca-Sn-Al合金和合金添加剂在500℃下重 力浇铸成铅棒合金，再将铅棒合金在500℃下制成板栅；

第二步、调制好正极铅膏，通过涂板机将正极铅膏均匀涂布于板栅表面， 得到湿板栅；

第三步、湿板栅固化：第一阶段，将湿板栅于温度48-50℃、湿度99-100％ 条件下固化43-45h；第二阶段，将第一阶段固化后的板栅于温度84-86℃下、 不采取加湿的条件下干燥28-30h；

第四步、极板化成：将固化后的生极板放置于硫酸溶液中，第一阶段充电、 放电交替3-5次，充电电流为0.13-0.27C/A，充电总时间为35-55h，放电电流 为0.13-0.27C/A，放电时间为0.5-4.5h，在第一阶段结束后静止0-3h，进行第 二阶段充电，充电电流为0.02C-0.1C/A，充电总时间为18-21h，完成正极板的 加工。

进一步地，第一步中合金添加剂为碳化铊，合金添加剂的加入量为合金质 量的0.5％。

进一步地，第二步中正极铅膏由如下重量份的原料制成：铅粉90-100份、 硫酸水溶液8-12份、去离子水14-18份、过硼酸钠0.5-1份、石墨烯0.15-0.2 份。

进一步地，所述硫酸水溶液的质量分数为80％。

进一步地，所述正极铅膏由如下步骤制成：

S1、将铅粉加入和膏机；

S2、再石墨烯、过硼酸钠加入和膏机，和铅粉混合搅拌，于150r/min搅拌 2-3min；

S3、往里加入去离子水，继续150r/min搅拌13-15min；

S4、保持150r/min匀速搅拌，缓慢加硫酸水溶液，加硫酸水溶液的过程中 开循环风以及循环水进行冷却降温，确保体系温度不超过60℃；

S5、硫酸水溶液添加完毕后，继续搅拌5-7min，测量铅膏视密度为 3.6-3.8g/cm³后，出膏，保持出膏时温度在40-45℃，得到正极铅膏。

本发明的有益效果：

本发明采用的合金板栅中，加入了合金添加剂，Pb-Ca-Sn-Al合金在形成晶 粒时，由于Ca的析出，会形成不均匀分布的金属间化合物，阻碍晶粒的生长， 造成了晶粒分布不均且尺寸相差较大，添加合金添加剂TaC后，TaC能够起到细 化晶粒的作用，使得合金的晶粒尺寸减小且晶粒分布均匀，改善合金的微观结 构，能够有效提高板栅合金的耐腐蚀性；

本发明采用过硼酸钠和石墨烯对铅膏进行改性处理，在铅膏中添加过硼酸 钠后，腐蚀层呈多层结构，由于过硼酸钠在潮湿的空气中或稍加热时会分解， 并放出氧气，若添加到铅膏中，有利于PbO的形成，减少游离铅的含量，可以 促进板栅表面初期腐蚀层的生成，提高铅膏/板栅间结合力；在铅膏中加入石墨 烯，可使整个铅膏呈现多孔状态，对极板形成有力的支撑，另外，石墨烯还可 有效抑制负极硫酸盐化，改善铅蓄电池的循环使用寿命；

本发明在对极板的固化包括两个阶段，并优化了固化的温度和湿度参数， 涂膏后的正湿极板的过程含水率在10％左右，不是温度越高，失水越快，生极板 含水越少，越好，如果水分失去太快，极板表面会产生大量穿透性的裂纹，板 栅与活性物质的结合会比较疏松，影响电池的性能，因此，在提高温度的同时， 需要提高固化室的湿度，使极板的失水与活性物质中铅膏的收缩同比例，最终， 保证正生极板水分含量不大于2％，正极板表面无裂纹；因此，在特定温度 48-50℃、湿度99-100％的条件下进行第一阶段固化，能够使铅膏里的水分逐渐 减少，使极板的失水与活性物质中铅膏的收缩同比例；同时，在固化过程中，未氧化的金属铅继续被氧化，不同的温度、湿度和固化时间，生成的含铅氧化 物也不相同，在特定温度48-50℃、湿度99-100％的条件下，生成的3PbO·PbSO₄较多，晶体形状为针形或棒形，使得铅膏中活性物质与板栅结合较牢固，提高 电池放电性能；

本发明通过对板栅合金进行改性，提高板栅的耐腐蚀性；通过铅膏的改性 处理，不仅能够提高铅膏/板栅间结合力，而且能有效抑制负极硫酸盐化，提高 蓄电池使用寿命；同时，通过将固化分为两个阶段并对温度、湿度参数进行优 化，使得铅膏中活性物质与板栅结合较牢固，提高电池放电性能，将该电池应 用于蓄电池，能够提高电池使用寿命及综合性能。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有 其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种蓄电池正极板的生产工艺，包括如下步骤：

第一步、合金板栅的制备：将Pb-Ca-Sn-Al合金和合金添加剂在500℃下重 力浇铸成铅棒合金，再将铅棒合金在500℃下制成板栅；

其中，合金添加剂为TaC(碳化铊)，合金添加剂的加入量为合金质量0.5％；

Pb-Ca-Sn-Al合金在形成晶粒时，由于Ca的析出，会形成不均匀分布的金 属间化合物，阻碍晶粒的生长，造成了晶粒分布不均且尺寸相差较大，添加合 金添加剂TaC后，TaC能够起到细化晶粒的作用，使得合金的晶粒尺寸减小且晶 粒分布均匀，改善合金的微观结构，能够有效提高板栅合金的耐腐蚀性；

第二步、调制好正极铅膏，通过涂板机将正极铅膏均匀涂布于板栅表面， 得到湿板栅；

正极铅膏由如下重量份的原料制成：铅粉90-100份、硫酸水溶液8-12份 (质量分数为80％)、去离子水14-18份、过硼酸钠0.5-1份、石墨烯0.15-0.2 份；

正极铅膏由如下步骤制成：

S1、将铅粉加入和膏机；

S2、再石墨烯、过硼酸钠加入和膏机，和铅粉混合搅拌，于150r/min搅拌 2-3min；

S3、往里加入去离子水，继续150r/min搅拌13-15min；

S4、保持150r/min匀速搅拌，缓慢加硫酸水溶液，加硫酸水溶液的过程中 开循环风以及循环水进行冷却降温，确保体系温度不超过60℃；

S5、硫酸水溶液添加完毕后，继续搅拌5-7min，测量铅膏视密度为3.6-3.8g/cm³后，出膏，保持出膏时温度在40-45℃，得到正极铅膏；

在铅膏中添加过硼酸钠后，腐蚀层呈多层结构，由于过硼酸钠在潮湿的空 气中或稍加热时会分解，并放出氧气，若添加到铅膏中，有利于PbO的形成， 减少游离铅的含量，可以促进板栅表面初期腐蚀层的生成，提高铅膏/板栅间结 合力；在铅膏中加入石墨烯，可使整个铅膏呈现多孔状态，对极板形成有力的 支撑，另外，石墨烯还可有效抑制负极硫酸盐化，改善铅蓄电池的循环使用寿 命；

第三步、湿板栅固化：第一阶段，将湿板栅于温度48-50℃、湿度99-100％ 条件下固化43-45h；第二阶段，将第一阶段固化后的板栅于84-86℃下、不采 取加湿的条件下干燥28-30h；

涂膏后的正湿极板的过程含水率在10％左右，不是温度越高，失水越快，生 极板含水越少，越好，如果水分失去太快，极板表面会产生大量穿透性的裂纹， 板栅与活性物质的结合会比较疏松，影响电池的性能，因此，在提高温度的同 时，需要提高固化室的湿度，使极板的失水与活性物质中铅膏的收缩同比例， 最终，保证正生极板水分含量不大于2％，正极板表面无裂纹；因此，在特定温 度48-50℃、湿度99-100％的条件下进行第一阶段固化，能够使铅膏里的水分逐 渐减少，使极板的失水与活性物质中铅膏的收缩同比例；同时，在固化过程中， 未氧化的金属铅继续被氧化，不同的温度、湿度和固化时间，生成的含铅氧化 物也不相同，在特定温度48-50℃、湿度99-100％的条件下，生成的3PbO·PbSO₄较多，晶体形状为针形或棒形，使得铅膏中活性物质与板栅结合较牢固，提高 电池放电性能；

第四步、极板化成：将固化后的生极板放置于硫酸溶液中，第一阶段充电、 放电交替3-5次，充电电流为0.13-0.27C/A，充电总时间为35-55h，放电电流 为0.13-0.27C/A，放电时间为0.5-4.5h，在第一阶段结束后静止0-3h，进行第 二阶段充电，充电电流为0.02C-0.1C/A，充电总时间为18-21h，完成正极板的 加工；

化成充电的电流和化成时间是否合理，直接影响活性物质与板栅的结合程 度，从而影响到电池的质量，因此，化成充电采用小电流长时间充电，防止过 充，从而保证化成后熟极板活性物质和板栅结合得更牢固；化成后正极板形成 的αPbO₂相对多些，骨架结构明显，电池极板与铅膏结合紧密，延长电池的使用 寿命。

实施例1

一种蓄电池正极板的生产工艺，包括如下步骤：

第一步、合金板栅的制备：将Pb-Ca-Sn-Al合金和合金添加剂在500℃下重 力浇铸成铅棒合金，再将铅棒合金在500℃下制成板栅；

第二步、调制好正极铅膏，通过涂板机将正极铅膏均匀涂布于板栅表面， 得到湿板栅；

正极铅膏由如下重量份的原料制成：铅粉90份、硫酸水溶液8份、去离子 水14份、过硼酸钠0.5份、石墨烯0.15份；

第三步、湿板栅固化：第一阶段，将湿板栅于温度48℃、湿度99％条件下 固化45h；第二阶段，将第一阶段固化后的板栅于温度84℃下、不采取加湿的 条件下干燥30h；

第四步、极板化成。

实施例2

一种蓄电池正极板的生产工艺，包括如下步骤：

第一步、合金板栅的制备：将Pb-Ca-Sn-Al合金和合金添加剂在500℃下重 力浇铸成铅棒合金，再将铅棒合金在500℃下制成板栅；

第二步、调制好正极铅膏，通过涂板机将正极铅膏均匀涂布于板栅表面， 得到湿板栅；

正极铅膏由如下重量份的原料制成：铅粉95份、硫酸水溶液10份、去离 子水16份、过硼酸钠0.8份、石墨烯0.18份；

第三步、湿板栅固化：第一阶段，将湿板栅于温度49℃、湿度100％条件下 固化44h；第二阶段，将第一阶段固化后的板栅于温度85℃下、不采取加湿的 条件下干燥29h；

第四步、极板化成。

实施例3

一种蓄电池正极板的生产工艺，包括如下步骤：

第一步、合金板栅的制备：将Pb-Ca-Sn-Al合金和合金添加剂在500℃下重 力浇铸成铅棒合金，再将铅棒合金在500℃下制成板栅；

第二步、调制好正极铅膏，通过涂板机将正极铅膏均匀涂布于板栅表面， 得到湿板栅；

正极铅膏由如下重量份的原料制成：铅粉100份、硫酸水溶液12份、去离 子水18份、过硼酸钠1份、石墨烯0.2份；

第三步、湿板栅固化：第一阶段，将湿板栅于温度50℃、湿度100％条件下 固化43h；第二阶段，将第一阶段固化后的板栅于温度86℃下、不采取加湿的 条件下干燥28h；

第四步、极板化成。

对比例1

将实施例1的第一步中不加入合金添加剂，其余制备过程不变。

对比例2

将实施例1的正极铅膏换为市售普通铅膏，其余制备过程不变。

对比例3

将实施例1的固化过程换为普通固化方式(75-77℃、湿度85％的条件下固 化3d)。

对实施例1-3和对比例1-3得到的极板，做如下性能测试：

对实施例1-3和对比例1得到的板栅进行耐腐蚀性测试，测试腐蚀失重率； 通过跌落试验，测试极板的失重情况；测试结果如下表：

可知，实施例1-3制得的合金板栅400h的腐蚀失重率为2.7-2.8％，600h 的腐蚀失重率为5.0-5.1％，800h的腐蚀失重率为8.3-8.4％，相较于对比例1， 说明本发明的合金板栅经过合金添加剂的改性处理后，耐腐蚀性能得到显著提 升；实施例1-3制得的正极板跌落时，跌落失重率为4.90-5.02％，说明本发明 的合金板栅和铅膏的结合强，相较于对比例2，说明铅膏经改性处理后能够提高 其与板栅的结合力，结合对比例3，说明本发明通过对固化阶段的温湿度参数的 优化，能够提高板栅和铅膏的结合力，进而提高正极板的质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等 的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于 本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述 不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者 特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所述本技术领域的技术 人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代， 只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明 的保护范围。

Claims (5)

1.一种蓄电池正极板的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、合金板栅的制备：将Pb-Ca-Sn-Al合金和合金添加剂在500℃下重力浇铸成铅棒合金，再将铅棒合金在500℃下制成板栅；

第二步、调制好正极铅膏，通过涂板机将正极铅膏均匀涂布于板栅表面，得到湿板栅；

第三步、湿板栅固化：第一阶段，将湿板栅于温度48-50℃、湿度99-100％条件下固化43-45h；第二阶段，将第一阶段固化后的板栅于温度84-86℃下、不采取加湿的条件下干燥28-30h；

第四步、极板化成：将固化后的生极板放置于硫酸溶液中，第一阶段充电、放电交替3-5次，充电电流为0.13-0.27C/A，充电总时间为35-55h，放电电流为0.13-0.27C/A，放电时间为0.5-4.5h，在第一阶段结束后静止0-3h，进行第二阶段充电，充电电流为0.02C-0.1C/A，充电总时间为18-21h，完成正极板的加工。

2.根据权利要求1所述的一种蓄电池正极板的生产工艺，其特征在于，第一步中合金添加剂为碳化铊，合金添加剂的加入量为合金质量的0.5％。

3.根据权利要求1所述的一种蓄电池正极板的生产工艺，其特征在于，第二步中正极铅膏由如下重量份的原料制成：铅粉90-100份、硫酸水溶液8-12份、去离子水14-18份、过硼酸钠0.5-1份、石墨烯0.15-0.2份。

4.根据权利要求3所述的一种蓄电池正极板的生产工艺，其特征在于，所述硫酸水溶液的质量分数为80％。

5.根据权利要求1所述的一种蓄电池正极板的生产工艺，其特征在于，所述正极铅膏由如下步骤制成：

S1、将铅粉加入和膏机；

S2、再石墨烯、过硼酸钠加入和膏机，和铅粉混合搅拌，于150r/min搅拌2-3min；

S3、往里加入去离子水，继续150r/min搅拌13-15min；

S4、保持150r/min匀速搅拌，缓慢加硫酸水溶液，加硫酸水溶液的过程中开循环风以及循环水进行冷却降温，确保体系温度不超过60℃；

S5、硫酸水溶液添加完毕后，继续搅拌5-7min，测量铅膏视密度为3.6-3.8g/cm³后，出膏，保持出膏时温度在40-45℃，得到正极铅膏。