CN111370652B - 一种摩托车起动用铅蓄电池负极板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摩托车起动用铅蓄电池负极板及其制备方法，属于铅蓄电池制造技术领域。所述制备方法包括：(1)将碳材料、气相二氧化硅与水剪切混合制得高碳电极乳状混合液；(2)负极板栅涂膏后进入压实工序，将高碳电极乳状混合液添加至连续滚动的压辊对表面，压实负极板的同时高碳电极乳状混合液附着于负极板表面；(3)负极板经表面干燥后进行淋酸滚压处理，再经固化工序制得所述起动用铅蓄电池负极板。本发明制备的负极板由内层活性物质和外表层高碳电极构成，利用该负极板组成的电池在低温下瞬间放电性能优良。电池在亏电甚至在轻度硫化下，也能起动并正常工作，延长电池使用时间，减少摩托车用电池的退货率，增加生产企业效益。

Description

一种摩托车起动用铅蓄电池负极板及其制备方法
技术领域
本发明涉及铅蓄电池制造技术领域，具体涉及一种摩托车起动用铅蓄电池负极板及其制备方法。
背景技术
摩托车用电池根据其功能分为非起动用蓄电池与起动用蓄电池，其中12V起动用蓄电池为市场主流产品。12V电池既负责摩托车起动点火，瞬间提供较大的放电电流，又承担了摩托车停车照明、报警器的电源，电池具有一定的储备容量。所以，摩托车电池制造过程中需首要考虑电池大电流特别是低温下的大电流放电，其次为电池的放电容量。
电池的储备容量与大电流放电特性是呈正比关系的。在使用初期，电池由于获得了最大储备容量，电池的大电流性能优良，摩托车点火后发动机能瞬间起动，达到了预期目的。但是随着电池使用时间的延长，容量出现一定的衰减，如遇充电不足亏电状态下、使用环境温度降低，电池低温大电流放电性能受影响较多，势必造成电池不能正常点火。摩托车作为短距离出行工具，实际使用中频繁起动，造成电池放电后未充入足额容量又须进行下一次放电，电池充电不足，使用条件相对恶劣。
由于电池起动性能取决于低温大电流放电，而低温大电流放电性能取决于电池的负极，因此，通过改善负极未充足电下的低温大电流放电性能对摩托车电池意义重大。
现有技术中通过在负极铅膏中添加碳材料以提升电池起动性能，如申请公布号为CN 103931043 A的专利文献公开了一种即使在反复起动引擎后长时间放置也能够再次起动引擎的、在苛刻条件下放电特性优异的车载用铅蓄电池，其极板组是由将含有以铅的氧化物作为主要成分的粉末的膏糊填充到正极格栅中而成的正极板与将含有以铅的氧化物作为主要成分的粉末和炭黑的膏糊填充到负极格栅中而成的负极板隔着隔膜对置而制成。申请公布号为CN 103456930 A的专利文献公开了一种高性能AGM电池用负极铅膏，由铅粉、硫酸钡、混合有机膨胀剂、混合碳添加剂、硫酸和水组成，其中碳添加剂由中高比表面积碳黑和低比表面积导电碳黑组成。
但是在实际生产中发现，负极铅膏中添加的碳材料含量不足，起不到提升蓄电池性能的目的，但是直接添加大量的碳材料易造成铅膏的脱落，降低电池的寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摩托车起动用铅蓄电池负极板，通过对极板表面处理使极板正反表面形成高碳电极，以克服现有技术中直接在负极铅膏中添加碳材料存在的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种摩托车起动用铅蓄电池负极板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳材料、气相二氧化硅与水剪切混合制得高碳电极乳状混合液，其中碳材料与水的质量比为10～20:100，气相二氧化硅占碳材料与水总质量的0.5％～1％；
(2)负极板栅涂膏后进入压实工序，将高碳电极乳状混合液添加至连续滚动的压辊对表面，压辊对压实负极板的同时使高碳电极乳状混合液附着于负极板表面；
所述高碳电极乳状混合液的添加量为1500～2000mL/min，所述压辊对滚压负极板的速度为90～100片/min；
(3)负极板经表面干燥后进行淋酸滚压处理，再经固化工序制得所述摩托车起动用铅蓄电池负极板。
步骤(1)中，所述碳材料为碳黑、活性碳或乙炔碳黑。碳材料比表面积为1200～2000m2/g。
由于高碳材料比表面积大，常规条件下难与水混合均匀，本发明采用真空吸入材料混合一体机，结合高速搅拌及正反强剪切的方式进行混合。
作为优选，所述剪切混合的条件为：正向剪切转速为3000r/min，反向剪切转速为1500r/min。
作为优选，先将碳材料与水剪切混合，再与气相二氧化硅剪切混合。
作为优选，碳材料、气相二氧化硅与水的质量比为20:1.2:100。
步骤(2)中，负极板栅涂上定量铅膏后，进行压滚处理，此时将高碳电极乳状混合液通过连续滚动的压辊对带到负极板表面并压实。所述压辊对为两个上下对称布置的滚筒组成，高碳电极乳状混合液饱和吸附于滚筒表面，当负极板从两滚筒之间通过，高碳电极乳状混合液即可附着于极板正反表面。
为保证高碳电极乳状混合液在单片负极板上的涂填量，需控制负极板在压辊下通过的速度以及高碳电极乳状混合液的添加量。
作为优选，所述高碳电极乳状混合液的添加量为1500mL/min，所述压辊对滚压负极板的速度为90片/min。
所述负极板的板栅和铅膏可采用现有工艺生产。作为优选，以质量百分比计，负极铅膏的组成包括：硫酸钡0.6～1.0％、木素0.00～0.08％、腐植酸0.6～1.2％、短纤维0.1～0.12％、乙炔黑0.2～0.4％，铅粉为余量。
步骤(3)中，表面附着有高碳电极乳状混合液的负极板经表面干燥处理，在负极板表面形成高碳电极层。由于高碳电极乳状混合液添加有气相二氧化硅，有助于表面干燥后高碳电极材料与负极铅膏粘连。
作为优选，所述表面干燥的条件为：100～130℃干燥20～40s。
经表面干燥后，生极板进行淋酸滚压处理，通过二次滚压使高碳电极材料与铅膏粘接更紧密。该工序可采用现有工艺。
作为优选，所述淋酸采用密度为1.100±0.002g/cm3的硫酸溶液。
淋酸滚压处理后再在100～130℃下干燥10～20s。
表干处理后，5～10min内将生极板放入固化干燥室，固化工艺可采用现有常规工艺。作为优选，固化温度40～60℃，湿度95～98％；再在10h内降湿至40％，在80℃下干燥。
固化后得到的负极板经分片打磨后与正极板配用组装，加酸充电、整理后即获得符合要求的摩托车起动用铅酸蓄电池。
本发明提供了一种由所述的制备方法制得的摩托车起动用铅蓄电池负极板。该负极板为内层为铅膏、表层为高碳材料的夹层结构，负极板经化成后内层是海绵状铅，海绵状铅外表面包裹高碳材料。
本发明还提供了一种摩托车起动用铅蓄电池，其负极板采用上述摩托车起动用铅蓄电池负极板，该负极板的外表两层高碳电极与内层活性物质并联，摩托车电机发动使用时，瞬间大电流放电主要由并联高碳电极吸附电子提供电子转移，放出电量，由于高碳材料比表面积大，电池即使亏电半硫化状态下也能瞬间放出能量，获得较高放电电压；而停车照明、报警器工作时由负极板活性物质工作。
本发明具备的有益效果：
(1)本发明制备的负极板由内层活性物质和外表层高碳电极构成，利用该负极板组成的电池在低温下瞬间放电性能优良。电池在亏电甚至在轻度硫化下，电池也能起动并正常工作，延长电池使用时间，减少摩托车用电池的退货率，增加生产企业效益。
(2)本发明提供的制备方法仅在负极板栅涂片后增加一道添加高碳电极乳状混合液并压实的工序，其他操作与现有生产设施通用，可操作性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于此。
实施例中采用的碳黑、活性碳、乙炔碳黑、气相二氧化硅均为市场购买所得。
实施例1
1、配制6-MQ-7L电池负极高碳电极乳状混合液，其配比为：碳黑20Kg、纯水200Kg、气相二氧化硅1.10Kg。
开启真空高速搅拌、强剪切纳米材料混合一体机，设置好设备参数：设定电机频率为75Hz；乳液搅拌时设定电机频率为50Hz；出乳液时设定电机频率为35Hz，搅拌时间40min。启动设备自动添加去离子水，开启真空系统先吸入所需的碳材料后吸入气相二氧化硅粉末，进行高速搅拌。通过剪切配得碳水比为10:100高碳电极乳状混合液。
2、制备负极板，负极铅膏组分为：硫酸钡1.0％、木素0.05％、腐植酸1.0％、短纤维0.1％、乙炔黑0.3％，负粉余量。混合搅拌均匀后通过加水、加酸再搅拌制得视比重为4.05g/cm3的负极铅膏。
负板栅涂填铅膏后将步骤1配制的高碳电极乳状混合液通过连续滚动的压辊对带到负极板表面并压实。涂片机速度控制在90片/min；高碳电极乳状混合液的添加量为1500mL/min。
完成涂片压实的极板经100℃一次表干40s。
然后进行淋酸处理，淋酸密度为1.100±0.002g/cm3；同时对失去部份水分的高碳电极乳状混合液再滚压，与内部铅膏压实。
极板再经100℃二次表干20S。
极板在固化温度40℃，湿度95％下静置20h，然后在10小时内逐渐降湿至40％，最后在温度80℃、无湿度下干燥12小时后作分片打磨处理制得负生极板。
3、制备6-MQ-7L电池正极板，正极铅膏：石墨0.3％、短纤维0.08％、余量铅粉，混合搅拌均匀后通过加水、加酸再搅拌制得视比重为4.0g/cm3的正极铅膏。
正板栅经涂填铅膏并压实，经淋酸、表干、固化、干燥、分片打磨处理制得正生极板。
4、将制得负生极板与正生极板配对组装电池，经加酸、充电、整理后完成电池制作。
5、6-MQ-7L电池进行低温瞬间大电流放电检测。
在-10℃±1℃环境下静置15～20h，然后以56A放电5s，放电电压为10.52V；电池取出在25℃±2℃环境下经完全充电后以0.7A放电5h后以1.5A充电15min，再置入-10℃±1℃环境下静置15～20h，然后以56A放电5s，放电电压为8.92V。
对比例1
6-MQ-7L电池，板栅经涂填铅膏并压实，经淋酸、表干、固化、干燥、分片打磨处理制得生极板。除了不进行负极板填涂高碳电极乳状混合液及一次表干，其他操作同实施例1。
制得负生极板与正生极板配对组装电池，经加酸、充电、整理后完成电池制作。
性能检测：6-MQ-7L电池在-10℃±1℃环境下静置15～20h，然后以56A放电5s，放电电压为9.52V；电池取出在25℃±2℃环境下经完全充电后以0.7A放电5h后以1.5A充电15min，再置入-10℃±1℃环境下静置15～20h，然后以56A放电5s，放电电压为3.92V。
实施例2
1、配制6-MQ-7R电池负极高碳电极乳状混合液，其配比为：活性碳40Kg、纯水200Kg、气相二氧化硅2.4Kg。
开启真空高速搅拌、强剪切纳米材料混合一体机，设置好设备参数：设定电机频率为75Hz；乳液搅拌时设定电机频率为50Hz；出乳液时设定电机频率为35Hz，搅拌时间40min。启动设备自动添加去离子水，开启真空先吸入所需的碳材料后吸入气相二氧化硅粉末，进行高速搅拌。
通过剪切配得碳水比为20:100高碳电极乳状混合液。
2、制备负极板，负极铅膏组分为：硫酸钡0.6％、木素0.08％、腐植酸0.6％、短纤维0.12％、乙炔黑0.2％，负粉余量。混合搅拌均匀后通过加水、加酸再搅拌制得视比重为4.10g/cm3的负极铅膏。
负板栅涂填铅膏后将步骤1配制的高碳电极乳状混合液通过连续滚动的压辊对带到负极板表面并压实。涂片机速度控制在100片/min；高碳电极乳状混合液的添加量为2000mL/min。
完成涂片的极板经130℃一次表干20s。
然后进行淋酸处理，淋酸密度为1.100±0.002g/cm3；同时对失去部份水分的高碳电极乳状混合液再滚压，与内部铅膏压实。
极板经130℃二次表面干燥10s。
极板在固化温度60℃，湿度98％下静置20h，然后在10小时内逐渐降湿至40％，最后在温度80℃、无湿度下干燥12小时后作分片打磨处理制得负生极板。
3、制备6-MQ-7R电池正极板，正极铅膏：石墨0.25％、短纤维0.08％、余量铅粉混合搅拌均匀后通过加水、加酸再搅拌制得视比重为4.05g/cm3的正极铅膏。
正板栅经涂填铅膏并压实，经淋酸、表干、固化、干燥、分片打磨处理制得正生极板。
4、制得负生极板与正生极板配对组装电池，经加酸、充电、整理后完成电池制作。
5、6-MQ-7R电池进行低温瞬间大电流放电检测。
在-10℃±1℃环境下静置15～20h，然后以56A放电5s，放电电压为10.59V；电池取出在25℃±2℃环境下经完全充电后以0.7A放电5h后以1.5A充电15min，再置入-10℃±1℃环境下静置15～20h，然后以56A放电5s，放电电压为9.02V。
对比例2
6-MQ-7R电池，板栅经涂填铅膏并压实，经淋酸、表干、固化、干燥、分片打磨处理制得生极板。除了不进行负极板填涂高碳电极乳状混合液及一次表干，其他操作同实施例2。
制得负生极板与正生极板配对组装电池，经加酸、充电、整理后完成电池制作。
性能检测：制得的6-MQ-7R电池，在-10℃±1℃环境下静置15～20h，然后以56A放电5s，放电电压为9.39V；电池取出在25℃±2℃环境下经完全充电后以0.7A放电5h后以1.5A充电15min，再置入-10℃±1℃环境下静置15～20h，然后以56A放电5s，放电电压为4.32V。
实施例3
1、配制6-MQ-9R电池负极高碳电极乳状混合液，其配比为：乙炔碳黑30Kg、纯水200Kg、气相二氧化硅1.60Kg。
开启真空高速搅拌、强剪切纳米材料混合一体机，设置好设备参数：设定电机频率为75Hz；乳液搅拌时设定电机频率为50Hz；出乳液时设定电机频率为35Hz，搅拌时间35min。启动设备自动添加去离子水，开启真空系统先吸入所需的碳材料后吸入气相二氧化硅粉末，进行高速搅拌。通过剪切配得碳水比为15:100高碳电极乳状混合液。
2、制备负极板，负极铅膏组分为：硫酸钡0.8％、腐植酸1.2％、短纤维0.11％、乙炔黑0.4％，负粉余量。混合搅拌均匀后通过加水、加酸再搅拌制得视比重为4.20g/cm3的负极铅膏。
负板栅涂填铅膏后将步骤1配制的高碳电极乳状混合液通过连续滚动的压辊对带到负极板表面并压实。涂片机速度控制在95片/min；高碳电极乳状混合液的添加量为1800mL/min。
完成涂片的极板经115℃一次表干30s。
然后进行淋酸处理，淋酸密度为1.100±0.002g/cm3；同时对失去部份水分的高碳电极乳状混合液再滚压，与内部铅膏压实。
极板经115℃二次表面干燥15s。
极板在固化温度50℃，湿度98％下静置20h，然后在10小时内逐渐降湿至40％，最后在温度80℃、无湿度下干燥12小时后作分片打磨处理制得负生极板。
3、6-MQ-9R电池正极板按照常规工艺制作，然后将制得的负生极板与正生极板配对组装电池，经加酸、充电、整理后完成电池制作。
4、6-MQ-9R电池进行低温瞬间大电流放电检测。
在-10℃±1℃环境下静置15～20h，然后以72A放电5s，放电电压为10.32V；电池取出在25℃±2℃环境下经完全充电后以0.9A放电5h后以1.5A充电15min，再置入-10℃±1℃环境下静置15～20h，然后以72A放电5s，放电电压为8.99V。
对比例3
6-MQ-9R电池，板栅经涂填铅膏并压实，经淋酸、表干、固化、干燥、分片打磨处理制得生极板。除了不进行负极板填涂高碳电极乳状混合液及一次表干，其他操作同实施例3。
制得负生极板与正生极板配对组装电池，经加酸、充电、整理后完成电池制作。
性能检测：所制得的6-MQ-9R电池，在-10℃±1℃环境下静置15～20h，然后以72A放电5s，放电电压为9.09V；电池取出在25℃±2℃环境下经完全充电后以0.9A放电5h后以1.5A充电15min，再置入-10℃±1℃环境下静置15～20h，然后以72A放电5s，放电电压为3.95V。

Claims (7)

1.一种摩托车起动用铅蓄电池负极板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将碳材料、气相二氧化硅与水剪切混合制得高碳电极乳状混合液，其中碳材料与水的质量比为10～20:100，所述碳材料为碳黑或活性碳，比表面积为1200～2000m2/g，气相二氧化硅占碳材料与水总质量的0.5％～1％；
(2)负极板栅涂膏后进入压实工序，将高碳电极乳状混合液添加至连续滚动的压辊对表面，压辊对压实负极板的同时使高碳电极乳状混合液附着于负极板表面；
所述高碳电极乳状混合液的添加量为1500～2000mL/min，所述压辊对滚压负极板的速度为90～100片/min；
(3)负极板经100～130℃干燥20～40s的表面干燥后进行淋酸滚压处理，淋酸滚压处理后再进行100～130℃、10～20s的表干处理，然后经固化工序制得所述摩托车起动用铅蓄电池负极板。
2.如权利要求1所述的摩托车起动用铅蓄电池负极板的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述剪切混合为正反强剪切的方式，条件为：正向剪切转速为3000r/min，反向剪切转速为1500r/min。
3.如权利要求1所述的摩托车起动用铅蓄电池负极板的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，以质量百分比计，负极铅膏的组成包括：硫酸钡0.6～1.0％、木素0.00～0.08％、腐植酸0.6～1.2％、短纤维0.1～0.12％、乙炔黑0.2～0.4％，铅粉为余量。
4.如权利要求1所述的摩托车起动用铅蓄电池负极板的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述淋酸采用密度为1.100±0.002g/cm3的硫酸溶液。
5.如权利要求1所述的摩托车起动用铅蓄电池负极板的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，表干处理后，5～10min内将生极板放入固化干燥室，固化温度40～60℃，湿度95～98％。
6.一种由权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的摩托车起动用铅蓄电池负极板。
7.一种摩托车起动用铅蓄电池，包括正极板和负极板，其特征在于，所述负极板为权利要求6所述的摩托车起动用铅蓄电池负极板。
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