CN112002876B - 铅蓄电池极板快速制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅蓄电池极板快速制造工艺，包括以下步骤：(1)板栅预处理，包括：将板栅浸水后在富氧环境中放置2‑24h；再将板栅浸入硫酸溶液中；清洗硫酸后烘干；(2)和制铅膏，包括：将铅粉和辅料搅拌均匀，搅拌过程中加入部分水；以喷洒方式加入硫酸，同时鼓入空气；以喷洒方式加入部分水，检测铅膏中游离铅含量，直至游离铅含量达到5％以下；将铅膏的视密度调节至4.25‑4.6g/cm3，完成和膏；(3)极板快速固化，包括：将步骤(2)制备的铅膏填涂在步骤(1)预处理后的板栅上，放入温度为55‑95℃、湿度为90‑95％RH的固化室中保持3‑6h；再在温度为55‑95℃、湿度为0‑30％RH的固化室中烘干5‑8h即可。本发明大大缩短极板制造时间，并且提高了电池循环寿命。

Description

铅蓄电池极板快速制造工艺
技术领域
本发明涉及铅蓄电池制造领域，尤其涉及一种铅蓄电池极板快速制造工艺。
背景技术
阀控式铅酸蓄电池一般采用铅钙锡铝合金作为板栅，该合金板栅制造的电池在使用过程中会在板栅与活性物质之间形成钝化层，导致电池早期容量衰减。通常认为是板栅表面形成硫酸铅和铅的氧化物使板栅与活性物质之间连接性能变差，引起电池内阻增加，进而导致电池早期容量衰减。固化时可在板栅与活性物质之间形成良好的腐蚀层，在后续化成过程中可在板栅与活性物质之间形成良好的接触，可有效防止电池容量衰减。
固化是铅酸蓄电池制造过程的一道重要工序。固化过程中，游离铅的转化需要以水为媒介，且转化过程释放出热量，热量又促使水分快速挥发。因此，游离铅转化通常是需要较长的时间。板栅与铅膏之间形成腐蚀层也是以水为媒介，氧气在水液膜中扩散速度较慢，且氧气从极板表面扩散至板栅与活性物质界面传输路径较长，因此板栅腐蚀层的形成也需要较长时间，尤其是形成较厚的腐蚀层。通常固化干燥时间需要2-3天。
公开号为CN107342396A的中国专利文献公开一种蓄电池极板的快速固化工艺，包括以下步骤：1阶段：温度60℃～65℃，湿度95％～100％，时间0.5h～1.0h；2阶段：温度60℃～65℃，湿度90％～95％，时间0.5h～1.Oh；3阶段：温度70℃～75℃，湿度85％～90％，时间0.5h～1.0h；4阶段：温度80℃～85℃，湿度80％～85％，时间1.0h～2.5h；5阶段：温度70℃～75℃，湿度85％～90％，时间0.5h～1.0h；干燥阶段：温度80℃～85℃，湿度0％，时间1.0h～4.0h。该方案可在6～10h内即可完成极板的固化干燥。
公开号为CN103762340A的中国专利文献公开了一种铅酸蓄电池生极板快速高温固化干燥工艺，依次为：将涂制好铅膏的生极板置于湿度95～99％、温度47-50℃的固化室内固化3-5h；用2-4h的时间提升固化室内温度至83-86℃，在温度为83-86℃、湿度为97～99％的条件下固化生极板15-20h，最后用2-4h的时间将固化室内温度降至60-65℃、湿度降至90～95％；保持固化室内温度为60-65℃，降低湿度至80-85％，固化生极板5-7h；用2-4h的时间将固化室内温度提升至86～88℃、湿度降至0～10％；保持固化室内温度为86～88℃，控制湿度为0，高温干燥生极板10～12h。该工艺固化干燥的时间短，较现有工艺缩短了近20个小时。
上述方案虽然可以缩短蓄电池极板的固化工艺时间，但是整个过程分为多个环境条件不同的阶段，操作繁琐。
在较短固化时间获得游离铅含量较低、腐蚀层较厚、腐蚀效果较好的极板，是铅酸电池极板制造的一对矛盾体，缩短极板制造周期，板栅与活性物质之间接触相对变差，电池早期容量衰减的概率就会增加。因此，极板快速制造工艺是生产极板的一道重要技术难题。
发明内容
本发明提供了一种铅蓄电池极板快速制造工艺，该工艺可以在短时间内获得良好的固化效果，可有效避免电池使用过程中早期容量衰减。
本发明的技术方案如下：
一种铅蓄电池极板快速制造工艺，包括以下步骤：
(1)板栅预处理，包括：
(1-1)将板栅浸水后在富氧环境中放置2-24h，在板栅表面形成氧化铅层；
(1-2)再将板栅浸入硫酸溶液中，在板栅表面形成硫酸铅层；清洗板栅表面的硫酸后烘干；
(2)和制铅膏，包括：
(2-1)将铅粉和辅料搅拌均匀，搅拌过程中加入部分水；
(2-2)以喷洒方式加入硫酸，同时鼓入空气；
(2-3)以喷洒方式加入部分水，检测铅膏中游离铅含量，直至游离铅含量达到5％以下；
(2-4)向铅膏中适当加入调节水，将铅膏的视密度调节至4.25-4.6g/cm3，完成和膏；
(3)极板快速固化，包括：
(3-1)将步骤(2)制备的铅膏填涂在步骤(1)预处理后的板栅上，放入温度为55-95℃、湿度为90-95％RH的固化室中保持3-6h；
(3-2)再在温度为55-95℃、湿度为0-30％RH的固化室中烘干5-8h即可。
常规极板制造工艺中固化时间长，板栅与铅膏之间较难形成较厚的腐蚀层，板栅与铅膏结合力较弱，另外板栅表面有部分位置氧化形成氧化铅，氧化铅与铅膏在后续固化过程中不反应，固化后板栅表面形成灰黑色点，这些点域与铅膏接触较差，导致后续电池容量衰减。
在本发明中，经过步骤(1)的预处理后，在板栅表面形成一层硫酸铅层，硫酸铅层与后续填涂的铅膏可相互作用发生反应，形成完全包裹板栅的腐蚀层，避免了局部点域不能形成良好的腐蚀层的情况；另外，硫酸铅层与铅膏相互作用发生反应生成新的物相，板栅与铅膏形成一个整体，腐蚀层与铅膏中的活性物质结合牢固，不易脱落，进而延长电池的循环寿命。
步骤(1)中，所述的富氧环境是指氧气浓度为18-100％的环境。
步骤(1-1)中，将板栅完全浸没在水中5s以上，以保证板栅充分湿润。若板栅生产过程中受皂化液污染，应将板栅浸没在95℃以上水中去除油污。
经步骤(1-1)处理后，板栅表面生成一层氧化层；经步骤(1-2)处理后，板栅表面生成一层硫酸铅层，紧密包裹在板栅表面。板栅表面形成的硫酸铅层厚度和致密度可通过改变氧化铅层厚度和浸酸条件进行调节。
改变富氧环境下的温度、空气湿度、氧化时间可调节氧化层厚度。
优选的，步骤(1-1)中，所述的富氧环境的温度为0-45℃，湿度为50-85％RH。
改变浸酸温度、浸酸密度、浸酸时间可调节硫酸铅层致密度。
优选的，步骤(1-2)中，所述的硫酸溶液的温度为0-45℃；密度为1.05-1.50g/cm3；板栅在硫酸溶液中的浸渍时间为1-24h。
浸渍完成后，将板栅放入温度不高于30℃水中清洗硫酸，取出烘干；备用。
常规和膏所用的铅粉是PbO和Pb的混合物，在和膏过程中仅有少部分游离铅转化，剩下的大部分都在固化阶段完成。由于固化室空间较大，且被极板架分割成若干小区域，固化室温度、湿度、氧气含量分布不均匀，固化后游离铅含量不同位置差异较大，对极板一致性影响较大。
在本发明步骤(2)的和膏过程中，分3次加液：第一次加水，第二次加硫酸，第三次加水，第四次加水调节铅膏的视密度，完成和膏。通过步骤(2)改进常规的和膏工艺，使原本应在固化阶段发生的游离铅转化过程，现在发生在和膏阶段。在和膏阶段，铅膏含水量可控制在最佳转化范围内，因此可实现游离铅快速转化。在搅拌作用下铅膏与空气接触更充分，游离铅转化更均匀。
优选的，步骤(2-1)中，加入的水量为铅粉重量的5-6％；步骤(2-2)中，加入的硫酸量为铅粉重量的7-9％；步骤(2-3)中，加入水量以保持铅膏含水量为5-7％为准。
进一步优选的，步骤(2-1)中，加水后搅拌2-5min。
进一步优选的，步骤(2-2)中，加入的硫酸的密度为1.30-1.45g/ml。
常规的固化阶段为了使铅完全转化和形成较好的腐蚀层，固化需要保持一个较长时间。若缩短固化时间，则难以获得较厚的腐蚀层且腐蚀均匀性也将受到影响。
在本发明步骤(3)中，固化分为2个阶段：第一阶段使板栅表面的硫酸铅层与铅膏反应在板栅表面形成腐蚀层；第二阶段对极板进行快速干燥阶段。
优选的，步骤(3-2)中，在温度为55-95℃、湿度为10-30％RH的固化室中烘干5-8h即可。
在本发明中，步骤(1)-(3)是相互协同作用的。若将未采用步骤(1)预处理的板栅采用步骤(2)(3)的方法进行填涂、固化、干燥，固化干燥结束后板栅表面因氧化发灰或发黑，不能形成有效的腐蚀层，在后续化成和使用过程中，板栅表面会形成氧化层，导致电池容量衰减；若在经步骤(1)预处理后的板栅上填涂常规工艺和制的铅膏，按步骤(3)进行固化，则固化后铅膏中游离铅含量非常高，在后续化成中易导致极板开裂；若采用常规固化工艺，固化时间较长，需要45h以上，且浪费能耗。
本发明通过以上板栅预处理、和膏工艺改进和固化工艺改进，使和膏、固化可在10-20h内完成，大大缩短极板制造时间，并且在板栅表面形成一层完全包覆的腐蚀层，利于提高电池循环寿命。
一种优选的技术方案为：
一种铅蓄电池极板快速制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)板栅预处理，包括：
(1-1)将板栅完全浸没在水中5s以上，在温度为30℃、湿度为75％RH的富氧环境中放置4h；所述的富氧环境是指氧气浓度为18-80％的环境；
(1-2)再将板栅浸入温度为25℃、密度为1.25g/cm3的硫酸溶液中1h；清洗板栅表面的硫酸后烘干；
(2)和制铅膏，包括：
(2-1)将铅粉和辅料搅拌均匀，搅拌过程中加入部分水；加入的水量为铅粉重量的5％；加水后搅拌5min；
(2-2)以喷洒方式加入硫酸，同时鼓入空气；加入的硫酸量为铅粉重量的8％，硫酸的密度为1.35g/ml；
(2-3)以喷洒方式加入部分水，加入水量以保持铅膏含水量为5-7％为准；检测铅膏中游离铅含量，直至游离铅含量达到5％以下；
(2-4)向铅膏中适当加入调节水，将铅膏的视密度调节至4.25-4.6g/cm3，完成和膏；
(3)极板快速固化，包括：
(3-1)将步骤(2)制备的铅膏填涂在步骤(1)预处理后的板栅上，放入温度为70℃、湿度为90-95％RH的固化室中保持4.5h；
(3-2)再在温度为65℃、湿度为10％RH的固化室中烘干5h即可。
采用该技术方案获得的极板性能更加优良，使电池的循环寿命提高了30％以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过特殊的板栅预处理、和膏工艺和固化工艺，使和膏、固化可在10-20h内完成，大大缩短极板制造时间，并且在板栅表面形成一层完全包覆的腐蚀层，大大提高了电池循环寿命。
附图说明
图1为实施例2、实施例3、对比例1的极板制成铅蓄电池的循环寿命图。
具体实施方式
实施例1
将铅酸蓄电池正负极板栅完全浸没在水中5S以上，在温度45℃、相对湿度80％的富氧环境(氧气浓度18％-100％)中放置24h，形成氧化铅层。再将板栅浸入温度为45℃、密度为1.50g/cm3的硫酸溶液中，浸渍时间为1h，形成硫酸铅层。将上述板栅放入温度不高于30℃水中清洗掉硫酸，取出烘干备用。
铅粉和所需辅料在和膏机中充分搅拌均匀，在搅拌过程中，快速加入铅粉重量6％的水，搅拌5min；然后以喷洒方式加入密度为1.30g/ml的硫酸，加入的量为铅粉质量的7％，同时向和膏机中鼓入空气，再以喷洒方式加入水，保持铅膏含水量在5％-7％之间。检测铅膏中游离铅，直至游离铅含量达到5％以下。最后测铅膏视密度，再适当加入调节水，调节铅膏视密度至4.3g/cm3，完成和膏。
采用处理后的板栅和以上铅膏进行填涂作业。将填涂满铅膏的极板放入固化室。固化室温度为95℃、湿度为90％-95％RH，保持3h。然后在固化室温度为95℃、湿度为30％RH下快速烘干，5h即可烘干。
实施例2
将铅酸蓄电池正负极板栅完全浸没在水中5S以上，在温度0℃、相对湿度为50％的富氧环境(氧气浓度18％-100％)中放置2h，形成氧化铅层。再将板栅浸入温度为0℃、密度为1.05g/cm3的硫酸溶液中，浸渍时间为3h，形成硫酸铅层。将上述板栅放入温度不高于30℃水中清洗掉硫酸，取出烘干备用。
铅粉和所需辅料在和膏机中充分搅拌均匀，在搅拌过程中，快速加入铅粉重量5％的水，搅拌2min；然后以喷洒方式加入密度1.45g/ml硫酸，加入的量为铅粉质量的9％，同时向和膏机中鼓入空气；再以喷洒方式加入水，保持铅膏含水量在5％-7％之间，检测铅膏中游离铅，直至游离铅含量达到5％以下。最后测铅膏视密度，再适当加入调节水，调节视密度至4.5g/cm3，完成和膏。
采用处理后的板栅和以上铅膏进行填涂作业。将填涂满铅膏的极板放入固化室。固化室温度为55℃、湿度为90％-95％RH，保持6h。然后在固化室温度为55℃、湿度20％RH下快速烘干，8h即可烘干。
实施例3
将铅酸蓄电池正负极板栅完全浸没在水中5S以上，在温度30℃、相对湿度75％的富氧环境(氧气浓度18％-100％)中放置4h，形成氧化铅层。再将板栅浸入温度为25℃、密度为1.25g/cm3的硫酸溶液中，浸渍时间为1h，形成硫酸铅层。将上述板栅放入温度不高于30℃水中清洗掉硫酸，取出烘干备用。
铅粉和所需辅料在和膏机中充分搅拌均匀，在搅拌过程中，快速加入铅粉重量5％的水，搅拌5min；然后以喷洒方式加入密度1.35g/ml硫酸，加入的量为铅粉质量的8％，同时向和膏机中鼓入空气；再以喷洒方式加入水，保持铅膏含水量在5％-7％之间。检测铅膏中游离铅，直至游离铅含量达到5％以下。最后测铅膏视密度，再适当加入调节水，调节视密度至4.4g/cm3，完成和膏。
采用处理后的板栅和以上铅膏进行填涂作业。将填涂满铅膏的极板放入固化室。固化室温度为70℃、湿度为90％-95％RH，保持4.5h。然后在固化室温度为65℃、湿度为20％RH下快速烘干，5h即可烘干。
对比例1
常见极板制造工艺，板栅不需特殊处理，直接进行涂片。
铅粉和所需辅料在和膏机中充分搅拌均匀，在搅拌过程中，快速加入铅粉重量9.5％的水，搅拌5min，然后加入密度为1.40g/ml硫酸，加入的量为铅粉质量的8.5％。加完酸后继续搅拌10min，完成和膏。
以上铅膏和板栅进行填涂作业。将填涂满铅膏的极板放入固化室。固化时间为48-72h。
将实施1-3、对比例1制得的极板按照常规工艺制程铅蓄电池，测试铅蓄电池的循环寿命。
实施1-3、对比例1的板栅、极板和电池性能参数见表1，铅蓄电池的循环曲线见图1。
表1板栅、极板和电池性能参数
Figure BDA0002598868750000071
Figure BDA0002598868750000081
由表1和图1可以看出，实施例3极板游离铅分布相对更集中，且含量低于3％，对比例1极板游离铅含量波动较大，有相当大一部分高于3％。以腐蚀层来看，实施例3板栅表面几乎全覆盖腐蚀层，对比例1板栅局部点域未形成良好腐蚀层而呈现灰黑色。实施例2和实施例3极板制造周期小于20h，比对比例1生产周期缩短48h。循环测试结果显示，在150次循环内，对比例1电池有一个较大幅度衰减，而后有上升，循环290次失效。实施例3在150次循环内衰减很小，循环380次数失效，寿命明显长与对比例电池。实施例2在150次内容量也有衰减，衰减幅度介于对比例和实施例3之间，循环328次失效。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铅蓄电池极板快速制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）板栅预处理，包括：
（1-1）将板栅浸水后在富氧环境中放置2-24h，在板栅表面形成氧化铅层；所述的富氧环境是指氧气浓度为18-100%的环境；所述的富氧环境的温度为0-45℃，湿度为50-85%RH；
（1-2）再将板栅浸入硫酸溶液中，在板栅表面形成硫酸铅层；清洗板栅表面的硫酸后烘干；所述的硫酸溶液的温度为0-45℃；密度为1.05-1.50g/cm3；板栅在硫酸溶液中的浸渍时间为1-24h；
（2）和制铅膏，包括：
（2-1）将铅粉和辅料搅拌均匀，搅拌过程中加入部分水；加入的水量为铅粉重量的5-6%；
（2-2）以喷洒方式加入硫酸，同时鼓入空气；
（2-3）以喷洒方式加入部分水，检测铅膏中游离铅含量，直至游离铅含量达到5%以下；
（2-4）向铅膏中适当加入调节水，将铅膏的视密度调节至4.25-4.6g/cm3，完成和膏；
（3）极板快速固化，包括：
（3-1）将步骤（2）制备的铅膏填涂在步骤（1）预处理后的板栅上，放入温度为55-95℃、湿度为90-95%RH的固化室中保持3-6h；
（3-2）再在温度为55-95℃、湿度为0-30%RH的固化室中烘干5-8h即可。
2.根据权利要求1所述的铅蓄电池极板快速制造工艺，其特征在于，步骤（2-1）中，加水后搅拌2-5min。
3.根据权利要求1所述的铅蓄电池极板快速制造工艺，其特征在于，步骤（2-2）中，加入的硫酸量为铅粉重量的7-9%。
4.根据权利要求3所述的铅蓄电池极板快速制造工艺，其特征在于，步骤（2-2）中，加入的硫酸的密度为1.30-1.45g/ml。
5.根据权利要求1所述的铅蓄电池极板快速制造工艺，其特征在于，步骤（2-3）中，加入水量以保持铅膏含水量为5-7%为准。
6.根据权利要求1所述的铅蓄电池极板快速制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）板栅预处理，包括：
（1-1）将板栅完全浸没在水中5s以上，在温度为30℃、湿度为75%RH的富氧环境中放置4h；所述的富氧环境是指氧气浓度为18-80%的环境；
（1-2）再将板栅浸入温度为25℃、密度为1.25g/cm3的硫酸溶液中1h；清洗板栅表面的硫酸后烘干；
（2）和制铅膏，包括：
（2-1）将铅粉和辅料搅拌均匀，搅拌过程中加入部分水；加入的水量为铅粉重量的5%；加水后搅拌5min；
（2-2）以喷洒方式加入硫酸，同时鼓入空气；加入的硫酸量为铅粉重量的8%，硫酸的密度为1.35g/ml；
（2-3）以喷洒方式加入部分水，加入水量以保持铅膏含水量为5-7%为准；检测铅膏中游离铅含量，直至游离铅含量达到5%以下；
（2-4）向铅膏中适当加入调节水，将铅膏的视密度调节至4.25-4.6g/cm3，完成和膏；
（3）极板快速固化，包括：
（3-1）将步骤（2）制备的铅膏填涂在步骤（1）预处理后的板栅上，放入温度为70℃、湿度为90-95%RH的固化室中保持4.5h；
（3-2）再在温度为65℃、湿度为10%RH的固化室中烘干5h即可。
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