CN111697201B - 一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产 - Google Patents

一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产，其生产步骤包括：PbO2导电材料制备、BaPbO3处理、CMC水溶液制备、预混合添加剂制备、正极铅膏制备和生正极板生产，本发明一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产，通过选用多种铅酸蓄电池正极活性物质添加剂，并提供其正极板的制造方法，延长了电池的使用寿命，提高铅酸蓄电池的高功率大电流放电特性，提高了硫酸在正极板活性物质中扩散速度，增强了正极活性物质的导电性，增加了对PbO2化成过程的导电作用，以适应铅酸蓄电池正极板在大电流高功率放电下的使用。

Description

一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产
技术领域
本发明属于电池活性物质添加剂及其极板制造领域，具体涉及一种铅酸蓄电池适应大电流高功率放电使用的正极活性物质添加剂及其正极板制造方法。
背景技术
铅酸蓄电池原材料来源广泛，价格低廉，工艺成熟，性能稳定，使用温度范围宽，在零下30-40℃仍可工作，高度安全可靠，是在两轮电动助力车、低速三轮车、汽车起动和工业用途中不可替代的二次动力电源，并且在目前大容量各种电池应用中占主导地位。
但是现有技术的铅酸蓄电池正极板仍存在以下问题：
1、由于铅自身重，电池正负极和汇流排以及极柱铅大约占整个电池80％重量，因此铅酸蓄电池最大的缺点是其重量比能量低，在大电流放电条件下活性物质利用率低，大电流功率特性远不如锂离子电池。作为电动助力车起步、三轮车动力电源需要大电流高功率输出、尤其电摩更是要求持续提供大电流放电，目前普通铅酸蓄电池难以满足这种大电流放电要求，或者电池经常处在大电流高功率状态下工作将明显缩短其电池的使用寿命，亟待需要提高铅酸蓄电池的高功率大电流放电特性；
2、铅酸蓄电池正极板的大电流放电特性不如负极板，大电流放电时正极板压降比较大，一是因为正极活性物质是PbO2，不如负极海绵铅导电性好；二是参加反应的硫酸在正极板活性物质中扩散速度比较慢。
3、铅酸蓄电池极板比较厚，活性物质比表面积小，参加反应的离子扩散距离长，浓差极化大，根据Tafel公式，极板的极化过电势μ＝a+blogi(i为电流密度，a，b为常数)，i＝I/S(I为放电电流，S为反应比表面积)，因此增加反应表面积S可明显降低极化过电势；再者需要增强正极活性物质的导电性，然而在PbO2正极活性物质中具有稳定性的导电材料非常有限。
4、为改善铅酸蓄电池正极板的化成效果，通常在正极铅膏中添加大量红丹(Pb3O4)，以帮助正极板均匀化成，但是Pb3O4是由PbO2和PbO组成，只有一半的PbO2对化成导电起作用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产，其生产步骤包括：PbO2导电材料制备、BaPbO3处理、CMC水溶液制备、预混合添加剂制备、正极铅膏制备和生正极板制造，所述生产步骤如下：①PbO2导电材料制备：制备包括以下四个步骤：I、回收的旧铅酸蓄电池先进行充电，对单体2V铅酸蓄电池采用2.50～2.60V恒定电压和限定0.4～0.5C2电流充电3～5h，再改用0.4～0.5C2电流充电5-10h；II、解剖电池将正极板与负极板、隔板及塑壳分开；III、将正极板浸泡在水中1-2h，改去离子水浸泡0.5-1h，取出正极板干燥，温度60℃，时间10-15h，然后将干燥的正极板在湿度低于15-20％干燥环境中保存；IV、干燥的正极板采用膏栅分离机将正极板的铅膏与板栅分离，在膏栅分离机中正极铅膏同时被粉粹研磨成微米级粉末，并过300目得到PbO2导电材料；②BaPbO3处理：BaPbO3要求粒径D50≤2μm，如果粒径达不到要求，BaPbO3需要先经过研磨，过800目预处理；③CMC水溶液制备：取去离子水40-45kg，在不断搅拌下加入0.3-1kgCMC(羧甲基纤维素)，继续加离子水至总重量50kg，继续搅拌1.5-2h；④预混合添加剂制备：分别称取2-5kgBaPbO3，2-5kg SnO2，1-3kg导电炭黑，3-6kg MgSO4于60-100L容积的搅拌机中，加盖封闭以防粉尘外溢，控制转速400-800转/min，时间5-10min，取出备用；⑤正极铅膏制备：称取氧化度78±2％、视密度1.30±0.02g/cm3的铅粉920-950kg及30-80kgPbO2导电材放入和膏设备中，加入上述预混合添加剂，开机搅拌10-15min，在连续搅拌过程中快速加入去离子水70-80kg，加水时间40-50s，继续搅拌1-2min，使氧化铅中铅氧化，停机清理和膏锅内壁铅，继续搅拌，将上述50kgCMC水溶液摇匀后加入，0.5min加完，并搅拌5min；缓慢均匀地滴加密度1.400g/cm3硫酸溶液92kg，控制加酸时间16-18min，加酸过程中限制最高温度55±2℃，当温度达到53℃时，开启风冷系统冷却，最后再搅拌10-15min，中间需清理铅膏机内壁并观察铅膏视密度对应的马达电机电流，通过加调节水控制铅膏视密度为4.38±0.03g/cm3；⑥生正极板制造：在涂膏机上，根据极板类型在不同板栅上填涂所需铅膏克重，经过淋酸，压辊，极板经过170-200℃快速干燥窑表干，收片后送入固化室在一定温湿度条件下固化3天时间，出固化室后分片，即为生正极板。
进一步的，所述PbO2导电材料制备选用材料是废旧铅酸蓄电池，回收的不同类型铅酸蓄电池正极板均可使用。
进一步的，所述PbO2导电材料制备得到的PbO2导电材料需保存在湿度低于15-20％干燥环境中备用。
进一步的，所述正极铅膏制备在清理铅膏机内壁并观察铅膏视密度对应的马达电机电流在38-45A之间。
由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产，通过选用多种铅酸蓄电池正极活性物质添加剂，并提供其正极板的制造方法，延长了电池的使用寿命，提高铅酸蓄电池的高功率大电流放电特性，提高了硫酸在正极板活性物质中扩散速度，增强了正极活性物质的导电性，增加了对PbO2化成过程的导电作用，以适应铅酸蓄电池正极板在大电流高功率放电下的使用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产，其生产步骤包括：PbO2导电材料制备1、BaPbO3处理2、CMC水溶液制备3、预混合添加剂制备4、正极铅膏制备5和生正极板制造6，所述生产步骤如下：
①PbO2导电材料制备1：制备包括以下四个步骤：
I、回收的旧铅酸蓄电池先进行充电，对单体2V铅酸蓄电池采用2.50～2.60V恒定电压和限定0.4～0.5C2电流充电3～5h，再改用0.4～0.5C2电流充电5-10h；
II、解剖电池将正极板与负极板、隔板及塑壳分开；
III、将正极板浸泡在水中1-2h，改去离子水浸泡0.5-1h，取出正极板干燥，温度60℃，时间10-15h，然后将干燥的正极板在湿度低于15-20％干燥环境中保存；
IV、干燥的正极板采用膏栅分离机将正极板的铅膏与板栅分离，在膏栅分离机中正极铅膏同时被粉粹研磨成微米级粉末，并过300目得到PbO2导电材料；
②BaPbO3处理2：BaPbO3要求粒径D50≤2μm，如果粒径达不到要求，BaPbO3需要先经过研磨，过800目预处理；
③CMC水溶液制备3：取去离子水40-45kg，在不断搅拌下加入0.3-1kgCMC(羧甲基纤维素)，继续加离子水至总重量50kg，继续搅拌1.5-2h；
④预混合添加剂制备4：分别称取2-5kgBaPbO3，2-5kgSnO2，1-3kg导电炭黑，3-6kgMgSO4于60-100L容积的搅拌机中，加盖封闭以防粉尘外溢，控制转速400-800转/min，时间5-10min，取出备用；
⑤正极铅膏制备5：称取氧化度78±2％、视密度1.30±0.02g/cm3的铅粉920-950kg及30-80kgPbO2导电材放入和膏设备中，加入上述预混合添加剂，开机搅拌10-15min，在连续搅拌过程中快速加入去离子水70-80kg，加水时间40-50s，继续搅拌1-2min，使氧化铅中铅氧化，停机清理和膏锅内壁铅，继续搅拌，将上述50kgCMC水溶液摇匀后加入，0.5min加完，并搅拌5min；缓慢均匀地滴加密度1.400g/cm3硫酸溶液92kg，控制加酸时间16-18min，加酸过程中限制最高温度55±2℃，当温度达到53℃时，开启风冷系统冷却，最后再搅拌10-15min，中间需清理铅膏机内壁并观察铅膏视密度对应的马达电机电流，通过加调节水控制铅膏视密度为4.38±0.03g/cm3；
⑥生正极板6：在涂膏机上，根据极板类型在不同板栅上填涂所需铅膏克重，经过淋酸，压辊，极板经过170-200℃快速干燥窑表干，收片后送入固化室在一定温湿度条件下固化3天时间，出固化室后分片，即为生正极板。
其中，所述PbO2导电材料制备1选用材料是废旧铅酸蓄电池，回收的不同类型铅酸蓄电池正极板均可使用。
其中，所述PbO2导电材料制备1得到的PbO2导电材料需保存在湿度低于15-20％干燥环境中备用。
其中，所述正极铅膏制备5在清理铅膏机内壁并观察铅膏视密度对应的马达电机电流在38-45A之间。
设定数据范围表如下：
Figure GDA0003986882440000061
实例数据设定表如下：
Figure GDA0003986882440000062
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产，其生产步骤包括：PbO2导电材料制备(1)、BaPbO3处理(2)、CMC水溶液制备(3)、预混合添加剂制备(4)、正极铅膏制备(5)和生正极板生产(6)，所述生产步骤如下：
①PbO2导电材料制备(1)：制备包括以下四个步骤：
I、回收的旧铅酸蓄电池先进行充电，对单体2V铅酸蓄电池采用2.50～2.60V恒定电压和限定0.4～0.5C2电流充电3～5h，再改用0.4～0.5C2电流充电5-10h；
II、解剖电池将正极板与负极板、隔板及塑壳分开；
III、将正极板浸泡在水中1-2h，改去离子水浸泡0.5-1h，取出正极板干燥，温度60℃，时间10-15h，然后将干燥的正极板在湿度低于15-20％干燥环境中保存；
IV、干燥的正极板采用膏栅分离机将正极板的铅膏与板栅分离，在膏栅分离机中正极铅膏同时被粉粹研磨成微米级粉末，并过300目得到PbO2导电材料；
②BaPbO3处理(2)：BaPbO3要求粒径D50≤2μm，如果粒径达不到要求，BaPbO3需要先经过研磨，过800目预处理；
③CMC水溶液制备(3)：取去离子水40-45kg，在不断搅拌下加入0.3-1kgCMC(羧甲基纤维素)，继续加离子水至总重量50kg，继续搅拌1.5-2h；
④预混合添加剂制备(4)：分别称取2-5kgBaPbO3，2-5kgSnO2，1-3kg导电炭黑，3-6kgMgSO4于60-100L容积的搅拌机中，加盖封闭以防粉尘外溢，控制转速400-800转/min，时间5-10min，取出备用；
⑤正极铅膏制备(5)：称取氧化度78±2％、视密度1.30±0.02g/cm3的铅粉920-950kg及30-80kgPbO2导电材料放入和膏设备中，加入上述预混合添加剂，开机搅拌10-15min，在连续搅拌过程中快速加入去离子水70-80kg，加水时间40-50s，继续搅拌1-2min，使氧化铅中铅氧化，停机清理和膏锅内壁铅，继续搅拌，将上述50kgCMC水溶液摇匀后加入，0.5min加完，并搅拌5min；缓慢均匀地滴加密度1.400g/cm3硫酸溶液92kg，控制加酸时间16-18min，加酸过程中限制最高温度55±2℃，当温度达到53℃时，开启风冷系统冷却，最后再搅拌10-15min，中间需清理铅膏机内壁并观察铅膏视密度对应的马达电机电流，通过加调节水控制铅膏视密度为4.38±0.03g/cm3；
⑥生正极板制造(6)：在涂膏机上，根据极板类型在不同板栅上填涂所需铅膏克重，经过淋酸，压辊，极板经过170-200℃快速干燥窑表干，收片后送入固化室在一定温湿度条件下固化3天时间，出固化室后分片，即为生正极板。
2.根据权利要求1所述的一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产，其特征在于：所述PbO2导电材料制备(1)选用材料是废旧铅酸蓄电池，回收的不同类型铅酸蓄电池正极板均可使用。
3.根据权利要求1所述的一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产，其特征在于：所述PbO2导电材料制备(1)得到的PbO2导电材料需保存在湿度低于15-20％干燥环境中备用。
4.根据权利要求1所述的一种高功率铅酸蓄电池正极板的生产，其特征在于：所述正极铅膏制备(5)在清理铅膏机内壁并观察铅膏视密度对应的马达电机电流在38-45A之间。
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