CN111628173A - 一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法 - Google Patents

一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法；涉及蓄电池技术领域，制备复合粉料：将锡粉、锌粉在二氧化碳气氛下进行高温烧结处理，得到烧结材料；向烧结材料中添加经过偶联剂处理后的硒粉，在分散剂的存在下进行研磨处理，然后再进行干燥后，在有氧气氛下进行高温加热处理，得到高温复合产物；在分散剂的存在下对所述高温复合产物进行研磨处理，然后进行过筛，得到复合粉料；将所述复合粉料添加到铅酸蓄电池正极材料中，即可；本发明提供了一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，本发明通过在铅酸蓄电池正极铅膏中添加一定质量分数的复合粉料，能够一定程度上提高铅酸蓄电池的充电效率。

Description

一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法
技术领域
本发明属于蓄电池技术领域，特别是一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法。
背景技术
法国人普兰特于1859年发明铅酸蓄电池，已经历了近150年的发展历程，铅酸蓄电池在理论研究方面，在产品种类及品种、产品电气性能等方面都得到了长足的进步，不论是在交通、通信、电力、军事还是在航海、航空各个经济领域，铅酸蓄电池都起到了不可缺少的重要作用。
根据铅酸蓄电池结构与用途区别，粗略将电池分为四大类：1、启动用铅酸蓄电池；2、动力用铅酸蓄电池；3、固定型阀控密封式铅酸蓄电池；4、其它类，包括小型阀控密封式铅酸蓄电池，矿灯用铅酸蓄电池等。
铅酸电池（VRLA），是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。
现有技术中公开的铅酸蓄电池的充电效率一般，随着充放电次数的增加，放电容量不断降低，导电性变弱, 电池内阻增加, 导致容量 衰减, 活性物质利用率降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，以解决现有技术中的不足。
本发明采用的技术方案如下：
一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，制备复合粉料：
将锡粉、锌粉在二氧化碳气氛下进行高温烧结处理，得到烧结材料；
向烧结材料中添加经过偶联剂处理后的硒粉，在分散剂的存在下进行研磨处理，然后再进行干燥后，在有氧气氛下进行高温加热处理，得到高温复合产物；
在分散剂的存在下对所述高温复合产物进行研磨处理，然后进行过筛，得到复合粉料；
将所述复合粉料添加到铅酸蓄电池正极材料中，即可。
所述锡粉与锌粉混合质量比为6-10:2-3。
所述高温烧结温度不低于680℃。
所述高温烧结温度不超过780℃。
所述经过偶联剂处理后的硒粉为：
将硒粉先均匀分散到乙醇溶液中，加热至40-45℃，然后再将偶联剂添加到乙醇溶液中，边添加边搅拌，添加完毕后，继续搅拌1小时，然后静置2小时，再进行过滤，清水洗涤，烘干至恒重，即可；
所述硒粉与乙醇溶液混合比例为40-50g：500mL；
所述乙醇溶液质量分数为20%；
经过偶联剂处理后的硒粉与锌粉质量比1:30-35。
所述偶联剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷；
所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷与硒粉质量比为1:20-25。
所述有氧气氛为氧气体积浓度不低于5%。
所述高温加热处理的温度为250-300℃。
所述分散剂为丙三醇。
所述复合粉料占铅酸蓄电池正极材料的质量分数不高于0.18%，复合粉料具体为添加到铅酸蓄电池正极铅膏内，复合粉料占铅酸蓄电池铅膏的质量分数不高于0.18%。
其中，铅酸蓄电池正负极板栅均采用 Pb-Ca-Sn合金；正极铅膏的表观密度为4.5g/cm3，负极铅膏的表观密度为 4.6g/cm3,正负极的涂膏量为 24g/片。
本申请还可以将锡粉、锌粉、石墨烯在二氧化碳气氛下进行高温烧结处理，得到烧结材料，其中锌粉与石墨烯质量比为50-60:1；
铅酸蓄电池正极中活性物质颗粒不规则，局部呈纤维状的结晶，在添加一定质量的复合粉料后，能够促使活性物质呈现出细长的纤维结晶。这种结构的形成可以解释为在化成过程中，复合粉料与二氧化铅之间能够表现出结合生长，极大地提高了活性物质的反应速率和导电能力，这种结构形态与不添加复合粉料的相比大幅度的增加了活性物质的孔隙，进而能够明显的有利于电解液的扩散和进入活性物质内部，改善了活性物质的导电性能，从而大大提高了活性物质利用率。
这种纤维结构能增强活性物质的强度，使活性物质在充放电过程中不易脱落，因而可以延长蓄电池的寿命。在未添加复合粉料的经过循环充放电后的正极表面的物相检测中主要成分为 β-PbO2，同时含有一定量的α-PbO2，而本发明中的蓄电池经过循环充放电后，几乎检测不到α-PbO2，表明，随着本发明中的复合粉料的加入能够明显的抑制了α-PbO2 的生成，化成后极板中主要物相为正方晶型的β-PbO2，晶胞参数为 a =4.942nm，c =3.372nm。β-PbO2 尺寸小，比表面积大，可以给出大的容量，但是容易形成疏松结晶，充放电过程容易脱落。通过本发明复合粉末的引入，能够促使其中的粒度成为 PbO2 的结晶中心，复合粉料粒子与 PbO2 结合生长，使 PbO2 的晶粒变得粗大细长，提高其稳定性能和容量，同时，能够一定程度上提高充电效率，降低充电损失。
有益效果：
本发明提供了一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，本发明通过在铅酸蓄电池正极铅膏中添加一定质量分数的复合粉料，能够一定程度上提高铅酸蓄电池的充电效率，通过对充电效率的提高，能够缩短充电时间，同时，降低充电损失，降低能源浪费，本发明中复合粉料的添加量对铅酸蓄电池的循环寿命具有明显的影响，通过调节复合粉料的添加量，能够进一步的提高铅酸蓄电池的使用寿命。
附图说明
图1为循环次数和放电时间关系图。
具体实施方式
一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，制备复合粉料：
将锡粉、锌粉在二氧化碳气氛下进行高温烧结处理，得到烧结材料；
向烧结材料中添加经过偶联剂处理后的硒粉，在分散剂的存在下进行研磨处理，然后再进行干燥后，在有氧气氛下进行高温加热处理，得到高温复合产物；
锡粉粒径为1μm、锌粉粒径为1μm；
在分散剂的存在下对所述高温复合产物进行研磨处理，然后进行过筛，得到复合粉料；
将所述复合粉料添加到铅酸蓄电池正极材料中，即可。
所述锡粉与锌粉混合质量比为6-10:2-3。
所述高温烧结温度不低于680℃。
所述高温烧结温度不超过780℃。
所述经过偶联剂处理后的硒粉为：
将硒粉先均匀分散到乙醇溶液中，加热至40-45℃，然后再将偶联剂添加到乙醇溶液中，边添加边搅拌，添加完毕后，继续搅拌1小时，然后静置2小时，再进行过滤，清水洗涤，烘干至恒重，即可；
所述硒粉与乙醇溶液混合比例为40-50g：500mL；
所述乙醇溶液质量分数为20%；
经过偶联剂处理后的硒粉与锌粉质量比1:30-35。
所述偶联剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷；
乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷
分子式：C8H18O3Si；
分子量：190.31；
沸点：160℃；
无色透明液体。相对密度(d425)：0.904-0.908,折光率(nD25)：1.390-1.400
含量≥98；
密度0.90~0.904（25°C g/cm3）
折光率1.395~1.400（nD25）
所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷与硒粉质量比为1:20-25。
所述有氧气氛为氧气体积浓度不低于5%。
所述高温加热处理的温度为250-300℃。
所述分散剂为丙三醇。
丙三醇，能从空气中吸收潮气，也能吸收硫化氢、氰化氢和二氧化硫。难溶于苯、氯仿、四氯化碳、二硫化碳、石油醚和油类。 丙三醇是甘油三酯分子的骨架成分。相对密度1.26362。熔点17.8℃。沸点290.0℃（分解）。折光率1.4746。闪点（开杯）176℃。急性毒性：LD50：31500 mg/kg(大鼠经口)。
所述复合粉料占铅酸蓄电池正极材料的质量分数不高于0.18%，复合粉料具体为添加到铅酸蓄电池正极铅膏内，复合粉料占铅酸蓄电池铅膏的质量分数不高于0.18%。
其中，铅酸蓄电池正负极板栅均采用 Pb-Ca-Sn合金；正极铅膏的表观密度为4.5g/cm3，负极铅膏的表观密度为 4.6g/cm3,正负极的涂膏量为 24g/片。
下面将结合本发明实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，制备复合粉料：
将锡粉、锌粉在二氧化碳气氛下进行高温烧结处理，得到烧结材料，所述锡粉与锌粉混合质量比为6:2。所述高温烧结温度680℃；
向烧结材料中添加经过偶联剂处理后的硒粉，在分散剂的存在下进行研磨处理，然后再进行干燥后，在有氧气氛下进行高温加热处理，得到高温复合产物，所述高温加热处理的温度为250℃，所述经过偶联剂处理后的硒粉为：将硒粉先均匀分散到乙醇溶液中，加热至40℃，然后再将偶联剂添加到乙醇溶液中，边添加边搅拌，添加完毕后，继续搅拌1小时，然后静置2小时，再进行过滤，清水洗涤，烘干至恒重，即可；所述硒粉与乙醇溶液混合比例为40g：500mL；所述乙醇溶液质量分数为20%；经过偶联剂处理后的硒粉与锌粉质量比1:30。所述偶联剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷；所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷与硒粉质量比为1:20。所述有氧气氛为氧气体积浓度不低于5%。
在丙三醇的存在下对所述高温复合产物进行研磨处理，然后进行过筛，得到复合粉料；将所述复合粉料添加到铅酸蓄电池正极材料中，即可，所述复合粉料具体为添加到铅酸蓄电池正极铅膏内，复合粉料占铅酸蓄电池铅膏的质量分数0.1%。其中，铅酸蓄电池正负极板栅均采用 Pb-Ca-Sn合金；正极铅膏的表观密度为 4.5g/cm3，负极铅膏的表观密度为4.6g/cm3,正负极的涂膏量为 24g/片。
实施例2
一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，制备复合粉料：
将锡粉、锌粉在二氧化碳气氛下进行高温烧结处理，得到烧结材料，所述锡粉与锌粉混合质量比为10:3。所述高温烧结温度780℃；
向烧结材料中添加经过偶联剂处理后的硒粉，在分散剂的存在下进行研磨处理，然后再进行干燥后，在有氧气氛下进行高温加热处理，得到高温复合产物，所述高温加热处理的温度为300℃，所述经过偶联剂处理后的硒粉为：将硒粉先均匀分散到乙醇溶液中，加热至45℃，然后再将偶联剂添加到乙醇溶液中，边添加边搅拌，添加完毕后，继续搅拌1小时，然后静置2小时，再进行过滤，清水洗涤，烘干至恒重，即可；所述硒粉与乙醇溶液混合比例为50g：500mL；所述乙醇溶液质量分数为20%；经过偶联剂处理后的硒粉与锌粉质量比1:35。所述偶联剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷；所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷与硒粉质量比为1:25。所述有氧气氛为氧气体积浓度8%。
在丙三醇的存在下对所述高温复合产物进行研磨处理，然后进行过筛，得到复合粉料；将所述复合粉料添加到铅酸蓄电池正极材料中，即可，所述复合粉料具体为添加到铅酸蓄电池正极铅膏内，复合粉料占铅酸蓄电池铅膏的质量分数0.12%。其中，铅酸蓄电池正负极板栅均采用 Pb-Ca-Sn合金；正极铅膏的表观密度为 4.5g/cm3，负极铅膏的表观密度为 4.6g/cm3,正负极的涂膏量为 24g/片。
实施例3
一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，制备复合粉料：
将锡粉、锌粉在二氧化碳气氛下进行高温烧结处理，得到烧结材料，所述锡粉与锌粉混合质量比为8:2.5。所述高温烧结温度720℃；
向烧结材料中添加经过偶联剂处理后的硒粉，在分散剂的存在下进行研磨处理，然后再进行干燥后，在有氧气氛下进行高温加热处理，得到高温复合产物，所述高温加热处理的温度为280℃，所述经过偶联剂处理后的硒粉为：将硒粉先均匀分散到乙醇溶液中，加热至42℃，然后再将偶联剂添加到乙醇溶液中，边添加边搅拌，添加完毕后，继续搅拌1小时，然后静置2小时，再进行过滤，清水洗涤，烘干至恒重，即可；所述硒粉与乙醇溶液混合比例为45g：500mL；所述乙醇溶液质量分数为20%；经过偶联剂处理后的硒粉与锌粉质量比1:33。所述偶联剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷；所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷与硒粉质量比为1:22。所述有氧气氛为氧气体积浓度7%。
在丙三醇的存在下对所述高温复合产物进行研磨处理，然后进行过筛，得到复合粉料；将所述复合粉料添加到铅酸蓄电池正极材料中，即可，所述复合粉料具体为添加到铅酸蓄电池正极铅膏内，复合粉料占铅酸蓄电池铅膏的质量分数0.18%。其中，铅酸蓄电池正负极板栅均采用 Pb-Ca-Sn合金；正极铅膏的表观密度为 4.5g/cm3，负极铅膏的表观密度为 4.6g/cm3,正负极的涂膏量为 24g/片。
实施例4
一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，制备复合粉料：
将锡粉、锌粉在二氧化碳气氛下进行高温烧结处理，得到烧结材料，所述锡粉与锌粉混合质量比为9:2.7。所述高温烧结温度750℃；
向烧结材料中添加经过偶联剂处理后的硒粉，在分散剂的存在下进行研磨处理，然后再进行干燥后，在有氧气氛下进行高温加热处理，得到高温复合产物，所述高温加热处理的温度为290℃，所述经过偶联剂处理后的硒粉为：将硒粉先均匀分散到乙醇溶液中，加热至44℃，然后再将偶联剂添加到乙醇溶液中，边添加边搅拌，添加完毕后，继续搅拌1小时，然后静置2小时，再进行过滤，清水洗涤，烘干至恒重，即可；所述硒粉与乙醇溶液混合比例为43g：500mL；所述乙醇溶液质量分数为20%；经过偶联剂处理后的硒粉与锌粉质量比1:30-35。所述偶联剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷；所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷与硒粉质量比为1:22。所述有氧气氛为氧气体积浓度8%。
在丙三醇的存在下对所述高温复合产物进行研磨处理，然后进行过筛，得到复合粉料；将所述复合粉料添加到铅酸蓄电池正极材料中，即可，所述复合粉料具体为添加到铅酸蓄电池正极铅膏内，复合粉料占铅酸蓄电池铅膏的质量分数0.15%。其中，铅酸蓄电池正负极板栅均采用 Pb-Ca-Sn合金；正极铅膏的表观密度为 4.5g/cm3，负极铅膏的表观密度为 4.6g/cm3,正负极的涂膏量为 24g/片。
实施例5
一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，制备复合粉料：
将锡粉、锌粉、石墨烯在二氧化碳气氛下进行高温烧结处理，得到烧结材料，所述锡粉与锌粉混合质量比为9:2.7，其中锌粉与石墨烯质量比为50-60:1。所述高温烧结温度750℃；
向烧结材料中添加经过偶联剂处理后的硒粉，在分散剂的存在下进行研磨处理，然后再进行干燥后，在有氧气氛下进行高温加热处理，得到高温复合产物，所述高温加热处理的温度为290℃，所述经过偶联剂处理后的硒粉为：将硒粉先均匀分散到乙醇溶液中，加热至44℃，然后再将偶联剂添加到乙醇溶液中，边添加边搅拌，添加完毕后，继续搅拌1小时，然后静置2小时，再进行过滤，清水洗涤，烘干至恒重，即可；所述硒粉与乙醇溶液混合比例为43g：500mL；所述乙醇溶液质量分数为20%；经过偶联剂处理后的硒粉与锌粉质量比1:30-35。所述偶联剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷；所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷与硒粉质量比为1:22。所述有氧气氛为氧气体积浓度8%。
在丙三醇的存在下对所述高温复合产物进行研磨处理，然后进行过筛，得到复合粉料；将所述复合粉料添加到铅酸蓄电池正极材料中，即可，所述复合粉料具体为添加到铅酸蓄电池正极铅膏内，复合粉料占铅酸蓄电池铅膏的质量分数0.15%。其中，铅酸蓄电池正负极板栅均采用 Pb-Ca-Sn合金；正极铅膏的表观密度为 4.5g/cm3，负极铅膏的表观密度为 4.6g/cm3,正负极的涂膏量为 24g/片。
电池槽体采用DM-10单体结构壳，电池的尺寸为50mm×32mm×74mm。实验用电池板栅均采用Pb-Ca-Sn合金，尺寸为 62 mm×44 mm，正负板栅的厚度均为 2.1 mm，板栅的质量22g/片，正负极板经过固化干燥后，进行极板化成，电池采用正1片，负2片的设计，所用隔板的尺寸为 52 mm×78 mm×1.5 mm，压力为10 kPa。电池干态质量为 136.2g，加入82mL的H2SO4，电解液密度为 1.25g/cm3（25 ℃）,电池加酸后质量为249.1 g，充电后电池质量为247.0 g；
充电效率是指电池放出电量与前一次充电充入电量之比,n= C放/C充×100%；
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
空白对照组：铅酸蓄电池正极铅膏中不添加复合粉料；
由表1可以看出，本发明通过在铅酸蓄电池正极铅膏中添加一定质量分数的复合粉料，能够一定程度上提高铅酸蓄电池的充电效率。
在上述实验基础上，以实施例5为基础实验对象，对比不同复合粉料添加量对电池寿命的影响，在同一条件下,把每组电池（每组十个，取平均值）放在电池测试循环机上进行测试。以0.8 A的电流充电,当电池电压达到2.40V时, 电池以1A的恒定电流放电,放电电压达到 1.75 V时为终止电压,又开始充电。记录放电时间和循环次数, 绘制出循环次数和放电时间的关系图，如图1；
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE004
空白对照组：铅酸蓄电池正极铅膏中不添加复合粉料；
由图1可以看出，本发明中复合粉料的添加量对铅酸蓄电池的循环寿命具有明显的影响，通过调节复合粉料的添加量，能够进一步的提高铅酸蓄电池的使用寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，其特征在于，制备复合粉料：
将锡粉、锌粉在二氧化碳气氛下进行高温烧结处理，得到烧结材料；
向烧结材料中添加经过偶联剂处理后的硒粉，在分散剂的存在下进行研磨处理，然后再进行干燥后，在有氧气氛下进行高温加热处理，得到高温复合产物；
在分散剂的存在下对所述高温复合产物进行研磨处理，然后进行过筛，得到复合粉料；
将所述复合粉料添加到铅酸蓄电池正极材料中，即可。
2.根据权利要求1所述的一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，其特征在于：所述锡粉与锌粉混合质量比为6-10:2-3。
3.根据权利要求2所述的一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，其特征在于：所述高温烧结温度不低于680℃。
4.根据权利要求3所述的一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，其特征在于：所述高温烧结温度不超过780℃。
5.根据权利要求1述的一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，其特征在于：所述经过偶联剂处理后的硒粉为：
将硒粉先均匀分散到乙醇溶液中，加热至40-45℃，然后再将偶联剂添加到乙醇溶液中，边添加边搅拌，添加完毕后，继续搅拌1小时，然后静置2小时，再进行过滤，清水洗涤，烘干至恒重，即可；
所述硒粉与乙醇溶液混合比例为40-50g：500mL；
所述乙醇溶液质量分数为20%；
经过偶联剂处理后的硒粉与锌粉质量比1:30-35。
6.根据权利要求5所述的一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，其特征在于：所述偶联剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷；
所述乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷与硒粉质量比为1:20-25。
7.根据权利要求1所述的一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，其特征在于：所述有氧气氛为氧气体积浓度不低于5%。
8.根据权利要求1所述的一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，其特征在于：所述高温加热处理的温度为250-300℃。
9.根据权利要求1所述的一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，其特征在于，所述分散剂为丙三醇。
10.根据权利要求1所述的一种改善铅酸蓄电池充电效率的方法，其特征在于，所述复合粉料占铅酸蓄电池正极材料的质量分数不高于0.18%。
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