CN112086646B - 一种耐高温铅酸蓄电池及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温铅酸蓄电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐高温铅酸蓄电池，其正极板铅膏包括以下组分：铅粉、红丹、导电短纤维、纳米固溶体、去离子水、胶体石墨、交联剂、过氧化二异丙苯、二月桂酸二正丁基锡。本发明中耐高温铅酸蓄电池的正极板，可以降低铅酸蓄电池在高温状态下使用过程中水份的损失，正极板铅膏的活性物质形成类似钢筋混凝土的结构，提高了正极板铅膏活性物质的结合能力和强度；抑制了正极板活性物质是在高温状态下的泥化脱落现象。二者相互结合，使铅酸蓄电池在高温工况下循环寿命、高温浮充寿命明显提高，容量衰减速度明显降低，能够适应在高温环境下使用。

Description

一种耐高温铅酸蓄电池及其制备方法
技术领域
本发明属于铅酸蓄电池制造技术领域，尤其涉及一种耐高温铅酸蓄电池及其制备方法。
背景技术
近十年来，阀控密封铅酸蓄电池技术取得了较大的发展，在通信行业得到了广泛应用，为通信行业的快速发展起重要的支柱作用。为了实现低碳经济，实施可持续发展，减少机房空调配置，降低空调使用频次，提高铅酸蓄电池使用环境温度，减少基站运转成本压力的要求。
目前，铅酸蓄电池的性能无法满足要求，通信基站空调的能耗在基站能耗中占相当大的比例，而提高电池的标准工作温度是解决问题的核心，若将基站温度调高至35℃，基站节能将带来质的变化。
为了实现低碳经济，实施可持续发展，减少机房空调配置，降低空调使用频次，提高铅酸蓄电池使用环境温度，减少基站运转成本压力的要求。随着使用温度的提高，铅酸蓄电池寿命随之下降，因此开发一种耐高温的铅酸蓄电池十分必要。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明提供了一种耐高温铅酸蓄电池及其制备方法。随着使用温度的提高，铅酸蓄电池寿命随之下降的原因为：1、正极板活性物质之间结合力较差且正极板活性物质在高温条件下容易出现泥化现象；2、电解液在高温工况下失水加快。
一种耐高温铅酸蓄电池，包括正极板，正极板用铅膏包括以下重量份的组分：铅粉120-180份、红丹40-60份、导电短纤维30-60份、纳米级固溶粉体A8-17份、硫酸70-110份、去离子水80-150份、胶体石墨7-13份、交联剂8-17份、过氧化二异丙苯1-3份、二月桂酸二正丁基锡1-3份；
所述导电短纤维为聚苯胺纤维、聚噻吩纤维和聚吡咯纤维中的任意一种；所述纳米级固溶粉体A为质量比为1:1的氧化铊和氧化钽组成。
具体的，所述交联剂为八乙烯基倍半硅氧烷。
具体的，所述硫酸的质量分数为38-50％。
一种耐高温铅酸蓄电池的制备方法，其中正极板用铅膏的制备方法为：
步骤1：将氧化铊和氧化钽进行湿法球磨3h后，于120℃下干燥2h，再于800-1200℃下烧结5h，最后研磨成纳米级固溶粉体A；
步骤2：把铅粉、红丹、导电短纤维、纳米级固溶粉体A、去离子水、胶体石墨进行充分混合后加入交联剂、过氧化二异丙苯、二月桂酸二正丁基锡混合均匀后放置5-8h，使导电短纤维相互交联；然后快速加入去离子水混合20min；之后缓慢加入硫酸边加入边搅拌，控制加酸时间为30min，期间控温50-80℃，加酸完成后继续混合25min降温出膏；
步骤3：把步骤2制备出的膏状物均匀涂覆于正极板栅上放入真空冷冻干燥机内，冷冻固化干燥至恒重，形成多孔结构的铅酸蓄电池正极板铅膏。
本发明提供的耐高温铅酸蓄电池正极板，其铅膏中二月桂酸二正丁基锡不仅可以催化交联反应，络合状态的锡元素还可以和固溶体共同提高正极板的析氧电位，抑制正极氧气的生成，从而降低铅酸蓄电池在高温状态下使用过程中水份的损失程度。交联剂八乙烯基倍半硅氧烷也具有偶联剂的作用，在偶联过程中和固溶体、锡元素形成化合建，进一步提高了增加了析氧电位；导电纤维与固溶体和铅粉的结合力，同时也使导电短纤维经过交联后形成了牢固的三维笼状结构，使铅膏在正极形成类似钢筋混凝土的结构，提高了正极板活性物质的结合能力和正极板铅膏的强度；抑制了正极板铅膏是在高温状态下的泥化现象。二者相互结合，使铅酸蓄电池在高温工况下循环寿命、高温浮充寿命明显提高，容量衰减速度明显降低，能够适应在高温环境下使用。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
一种耐高温铅酸蓄电池，包括正极板，正极板用铅膏包括以下重量份的组分：铅粉120份、红丹40份、导电短纤维30份、纳米级固溶粉体A8份、硫酸70份、去离子水80份、胶体石墨7份、交联剂8份、过氧化二异丙苯1份、二月桂酸二正丁基锡1份；
所述导电短纤维为聚苯胺纤维；所述纳米级固溶粉体A为质量比为1:1的氧化铊和氧化钽组成；所述交联剂为八乙烯基倍半硅氧烷；所述硫酸的质量分数为38％。
一种耐高温铅酸蓄电池的制备方法，包括正极板用铅膏的制备方法为：
步骤1：将氧化铊和氧化钽进行湿法球磨3h后，于120℃下干燥2h，再于800℃下烧结5h，最后研磨成纳米级固溶粉体A。
步骤2：把铅粉、红丹、导电短纤维、纳米级固溶粉体A、去离子水、胶体石墨进行充分混合后加入交联剂、过氧化二异丙苯、二月桂酸二正丁基锡混合均匀后放置5h，使导电短纤维相互交联；然后快速加入去离子水混合20min；之后缓慢加入硫酸边加入边搅拌，控制加酸时间为30min，期间控温50℃，加酸完成后继续混合25min降温出膏；
步骤3：把步骤2制备出的膏状物均匀涂覆于正极板栅上放入真空冷冻干燥机内，冷冻固化干燥至恒重，形成多孔结构的铅酸蓄电池正极板铅膏；从而得到正极板。
实施例2
一种耐高温铅酸蓄电池，包括正极板，正极板用铅膏包括以下重量份的组分：铅粉140份、红丹45份、导电短纤维40份、纳米级固溶粉体A10份、硫酸85份、去离子水100份、胶体石墨9份、交联剂11份、过氧化二异丙苯2份、二月桂酸二正丁基锡2份；
所述导电短纤维为聚噻吩纤维；所述纳米级固溶粉体A为质量比为1:1的氧化铊和氧化钽组成；所述交联剂为八乙烯基倍半硅氧烷；所述硫酸的质量分数为42％。
一种耐高温铅酸蓄电池的制备方法，包括正极板用铅膏的制备方法为：
步骤1：将氧化铊和氧化钽进行湿法球磨3h后，于120℃下干燥2h，再于950℃下烧结5h，最后研磨成纳米级固溶粉体A。
步骤2：把铅粉、红丹、导电短纤维、纳米级固溶粉体A、去离子水、胶体石墨进行充分混合后加入交联剂、过氧化二异丙苯、二月桂酸二正丁基锡混合均匀后放置6h，使导电短纤维相互交联；然后快速加入去离子水混合20min；之后缓慢加入硫酸边加入边搅拌，控制加酸时间为30min，期间控温60℃，加酸完成后继续混合25min降温出膏；
步骤3：把步骤2制备出的膏状物均匀涂覆于正极板栅上放入真空冷冻干燥机内，冷冻固化干燥至恒重，形成多孔结构的铅酸蓄电池正极板铅膏；从而得到正极板。
实施例3
一种耐高温铅酸蓄电池，包括正极板，正极板用铅膏包括以下重量份的组分：铅粉160份、红丹55份、导电短纤维50份、纳米级固溶粉体A15份、硫酸100份、去离子水130份、胶体石墨11份、交联剂13份、过氧化二异丙苯3份、二月桂酸二正丁基锡3份；
所述导电短纤维为聚吡咯纤维；所述纳米级固溶粉体A为质量比为1:1的氧化铊和氧化钽组成；所述交联剂为八乙烯基倍半硅氧烷；所述硫酸的质量分数为46％。
一种耐高温铅酸蓄电池的制备方法，包括正极板用铅膏的制备方法为：
步骤1：将氧化铊和氧化钽进行湿法球磨3h后，于120℃下干燥2h，再于1100℃下烧结5h，最后研磨成纳米级固溶粉体A。
步骤2：把铅粉、红丹、导电短纤维、纳米级固溶粉体A、去离子水、胶体石墨进行充分混合后加入交联剂、过氧化二异丙苯、二月桂酸二正丁基锡混合均匀后放置7h，使导电短纤维相互交联；然后快速加入去离子水混合20min；之后缓慢加入硫酸边加入边搅拌，控制加酸时间为30min，期间控温70℃，加酸完成后继续混合25min降温出膏；
步骤3：把步骤2制备出的膏状物均匀涂覆于正极板栅上放入真空冷冻干燥机内，冷冻固化干燥至恒重，形成多孔结构的铅酸蓄电池正极板铅膏；从而得到正极板。
实施例4
一种耐高温铅酸蓄电池，包括正极板，正极板用铅膏包括以下重量份的组分：铅粉180份、红丹60份、导电短纤维60份、纳米级固溶粉体A17份、硫酸110份、去离子水150份、胶体石墨13份、交联剂17份、过氧化二异丙苯3份、二月桂酸二正丁基锡3份；
所述导电短纤维为聚苯胺纤维；所述纳米级固溶粉体A为质量比为1:1的氧化铊和氧化钽组成；所述交联剂为八乙烯基倍半硅氧烷；所述硫酸的质量分数为50％。
一种耐高温铅酸蓄电池的制备方法，包括正极板用铅膏的制备方法为：
步骤1：将氧化铊和氧化钽进行湿法球磨3h后，于120℃下干燥2h，再于1200℃下烧结5h，最后研磨成纳米级固溶粉体A。
步骤2：把铅粉、红丹、导电短纤维、纳米级固溶粉体A、去离子水、胶体石墨进行充分混合后加入交联剂、过氧化二异丙苯、二月桂酸二正丁基锡混合均匀后放置8h，使导电短纤维相互交联；然后快速加入去离子水混合20min；之后缓慢加入硫酸边加入边搅拌，控制加酸时间为30min，期间控温80℃，加酸完成后继续混合25min降温出膏；
步骤3：把步骤2制备出的膏状物均匀涂覆于正极板栅上放入真空冷冻干燥机内，冷冻固化干燥至恒重，形成多孔结构的铅酸蓄电池正极板铅膏；从而得到正极板。
对比例1
一种耐高温铅酸蓄电池，包括正极板，正极板用铅膏包括以下重量份的组分：铅粉180份、红丹60份、纳米级固溶粉体A17份、硫酸110份、去离子水150份、胶体石墨13份；
所述纳米级固溶粉体A为质量比为1:1的氧化铊和氧化钽组成；所述硫酸的质量分数为50％。
一种耐高温铅酸蓄电池的制备方法，包括正极板用铅膏的制备方法为：
步骤1：将氧化铊和氧化钽进行湿法球磨3h后，于120℃下干燥2h，再于1200℃下烧结5h，最后研磨成纳米级固溶粉体A。
步骤2：把铅粉、红丹、纳米级固溶粉体A、去离子水、胶体石墨进行充分混合后快速加入去离子水混合20min；之后缓慢加入硫酸边加入边搅拌，控制加酸时间为30min，期间控温80℃，加酸完成后继续混合25min降温出膏；
步骤3：把步骤2制备出的膏状物均匀涂覆于正极板栅上放入真空冷冻干燥机内，冷冻固化干燥至恒重，形成多孔结构的铅酸蓄电池正极板铅膏；从而得到正极板。
对比例2
一种耐高温铅酸蓄电池，包括正极板，正极板用铅膏包括以下重量份的组分：铅粉180份、红丹60份、导电短纤维60份、硫酸110份、去离子水150份、胶体石墨13份、交联剂17份、过氧化二异丙苯3份、二月桂酸二正丁基锡3份；
所述导电短纤维为聚苯胺纤维；所述交联剂为八乙烯基倍半硅氧烷；所述硫酸的质量分数为50％。
一种耐高温铅酸蓄电池的制备方法，包括正极板用铅膏的制备方法为：
步骤1：把铅粉、红丹、导电短纤维、去离子水、胶体石墨进行充分混合后加入交联剂、过氧化二异丙苯、二月桂酸二正丁基锡混合均匀后放置8h，使导电短纤维相互交联；然后快速加入去离子水混合20min；之后缓慢加入硫酸边加入边搅拌，控制加酸时间为30min，期间控温80℃，加酸完成后继续混合25min降温出膏；
步骤2：把步骤1制备出的膏状物均匀涂覆于正极板栅上放入真空冷冻干燥机内，冷冻固化干燥至恒重，形成多孔结构的铅酸蓄电池正极板铅膏；从而得到正极板。
对比例3
一种耐高温铅酸蓄电池，包括正极板，正极板用铅膏包括以下重量份的组分：铅粉180份、红丹60份、硫酸110份、去离子水150份、胶体石墨13份；
所述硫酸的质量分数为50％。
一种耐高温铅酸蓄电池的制备方法，包括正极板用铅膏的制备方法为：
步骤1：把铅粉、红丹、去离子水、胶体石墨进行充分混合后快速加入去离子水混合20min；之后缓慢加入硫酸边加入边搅拌，控制加酸时间为30min，期间控温80℃，加酸完成后继续混合25min降温出膏；
步骤2：把步骤1制备出的膏状物均匀涂覆于正极板栅上放入真空冷冻干燥机内，冷冻固化干燥至恒重，形成多孔结构的铅酸蓄电池正极板铅膏；从而得到正极板。
为验证个实施方式中铅酸蓄电池的性能，特进行以下测试实验：
采用上述实施方式及对比例的正极板，并与同批次生产的电解液组装成品铅酸蓄电池。
1.高温环境下循环寿命试验
循环寿命测试方法：在65℃环境中，以恒压14.1，限流75A充电16h，再以恒流50A放电至终止电压11.0为一个循环，当整组电池的放电容量低于额定容量的80％时，寿命终止。
2.高温浮充寿命试验
各取实施方式及对比例中的样品，保持在60℃±5℃环境中进行高温浮充寿命测试。循环方式为：对样品以42浮充电压连续充电30d，将蓄电池取出，在25℃±2℃环境中进行3h率放电检测，为1次循环，直至蓄电池容量低于3h率额定容量的80％时，试验结束。
表1.各实施方式样品的测试结果
实施方式 循环次数 容量衰减速度 高温浮充寿命
实施例1 263 96.2 9
实施例2 259 95.7 8
实施例3 265 96.5 10
实施例4 257 94.9 8
对比例1 221 88.6 5
对比例2 231 89.3 6
对比例3 178 82.9 3
市售同类电池 182 83.4 4
注：表中容量衰减速度为循环50次后的衰减值。
由表1可知，采用本发明中正极板制备的铅酸蓄电池在高温工况下循环寿命、高温浮充寿命明显提高，容量衰减速度明显降低，能够适应在高温环境下使用。

Claims (4)

1.一种耐高温铅酸蓄电池，包括正极板，其特征在于，正极板用铅膏包括以下重量份的组分：铅粉120-180份、红丹40-60份、导电短纤维30-60份、纳米固溶体8-17份、硫酸70-110份、去离子水80-150份、胶体石墨7-13份、交联剂8-17份、过氧化二异丙苯1-3份、二月桂酸二正丁基锡1-3份；
所述导电短纤维为聚苯胺纤维、聚噻吩纤维和聚吡咯纤维中的任意一种；所述纳米固溶体为质量比为1:1的氧化铊和氧化钽组成。
2.根据权利要求1所述一种耐高温铅酸蓄电池，其特征在于，所述交联剂为八乙烯基倍半硅氧烷。
3.根据权利要求1所述一种耐高温铅酸蓄电池，其特征在于，所述硫酸的质量分数为38-50％。
4.根据权利要求1所述一种耐高温铅酸蓄电池的制备方法，其特征在于，包括正极板用铅膏的制备方法为：步骤1：将氧化铊和氧化钽进行湿法球磨3h后，于120℃下干燥2h，再于800-1200℃下烧结5h，最后研磨成纳米级固溶粉体A；
步骤2：把铅粉、红丹、导电短纤维、纳米级固溶粉体A、去离子水、胶体石墨进行充分混合后加入交联剂、过氧化二异丙苯、二月桂酸二正丁基锡混合均匀后放置5-8h，使导电短纤维相互交联；然后快速加入去离子水混合20min；之后缓慢加入硫酸边加入边搅拌，控制加酸时间为30min，期间控温50-80℃，加酸完成后继续混合25min降温出膏；
步骤3：把步骤2制备出的膏状物均匀涂覆于正极板栅上放入真空冷冻干燥机内，冷冻固化干燥至恒重，形成多孔结构的铅酸蓄电池正极板铅膏。
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