CN112186136A - 一种铅酸蓄电池用极板固化和配套化成前处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铅酸蓄电池用极板固化和配套化成前处理工艺，解决了极板中游离铅氧化的问题；提高了极板固化后强度，使经过本工艺固化的极板铅膏结合强度更好，减少电池使用中的铅膏软化；解决电池加酸后因氧化铅的硫酸盐化放热反应，造成电池内温升高的问题；从而节约冷酸和加酸后电池降温的能耗。

Description

一种铅酸蓄电池用极板固化和配套化成前处理工艺
技术领域
本发明属于铅酸蓄电池制造技术领域，尤其涉及一种铅酸蓄电池用极板固化和配套化成前处理工艺。
背景技术
铅酸蓄电池制造过程中，极板固化和化成是主要核心之一，板栅在涂填铅膏后，只有通过固化工艺，才能使铅膏粒子互相联结形成连续坚实的骨架，并紧紧地附着在板栅上。极板固化的好坏直接影响电池性能指标、使用寿命，目前极板突出问题是极板强度差、极板指标一致性差等问题。极板固化分为氧化和干燥两个阶段。氧化过程主要完成：(1)游离铅的氧化，提高活性物质的容量；(2)板栅筋条表面铅的氧化，增加板栅筋与活性物质之间的结合力；(3)碱式硫酸铅的再结晶，提高极板的强度。干燥过程主要完成极板的干燥，增强极板强度和形成多孔电极。为提高极板固化和化成效果其前处理工艺至关重要。
现行极板固化和化成前处理工艺：
1、现有工艺极板的降湿氧化阶段主要是通过向固化室内送新风或通压缩空气提供有离铅氧化所需的氧，在极板铅膏含水降至7％-8％时，才能进行游离铅氧化，游离铅氧化的时间较短，对固化室内不同位置容易出现极板游离铅超标的情况。
2、现有工艺极板固化后的强度依靠高温高湿段的铅膏重结晶和第三段的脱水干燥过程，极板强度一致性较差，电池循环过程中容易出现极板软化。
3、因氧化铅与硫酸的硫酸盐化反应式放热反应，所以现有固化工艺极板组装电池加酸后会产生大量的热，导致电池内温升高，影响电池使用寿命，为了避免温度升高影响电池寿命，现在采用的方式是对酸进行冷却和对加酸后的电池进行冷却，产生巨大的能耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铅酸蓄电池用极板固化和配套化成前处理工艺，克服现有技术中游离铅超标、固化效果不一致等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
步骤1：极板涂膏后在温度30℃-40℃、环境湿度95％-99％的条件下预固化3-8h，便于后续固化过程中完成良好的铅膏重结晶，本阶段靠蒸汽加湿和水雾化加湿保证温度和湿度。
步骤2：预固化结束后以温度70℃-75℃、环境湿度95％-99％的条件预高温固化8-10h；再以55℃-60℃温度，环境湿度95％-99％的条件下固化10-15h；此阶段铅膏完成重结晶，生成大量的针状3BS晶体和少量的棱柱状的4BS晶体，本阶段靠蒸汽加湿和水雾化加湿保证温度和湿度。
步骤3：保持55℃-60℃的环境温度，在6-8h内，通过控制固化室的排湿和喷水雾使环境湿度由95％-99％降至80％-85％，本阶段靠换热片和水雾化保证温度和湿度。
步骤4：保持55℃-60℃的环境温度，环境湿度设定为70％-80％，把步骤3中的产品在等离子发生器内处理1-3h，完成极板内的游离铅氧化。
步骤5：把步骤4中的产品置于饱和醋酸铅水溶液中内，通过PLC自动控制模块控制，在固化室内通入二氧化碳气体，在水的作用下与极板中的氧化铅反应生成碱式碳酸铅。
步骤6：保持55℃-60℃的环境温度，排湿风门全开，烘干4-6h；再降温度调整为75-80℃，排湿风门全开，烘干8-12h后停止加热，待极板温度降至室温后固化完毕。
该极板组装电池的配套化成前处理工艺：
电池加酸后，放入冷却水槽中静置，在静置的2-4分钟、4-6分钟、8-10分钟、10-12分钟、12-14分钟、14-16份、16-18分钟、18-20分钟、20-22分钟、22-24分钟的时间内，采用专用抽真空设备分别对电池抽真空8-12秒。
氧化阶段主要发生极板中游离铅的氧化和极板板栅的氧化，极板固化期间，高湿汽渗透到铅膏内的游离铅小颗粒上使其氧化；同时高湿汽渗透到板栅表面形成腐蚀层，开始时腐蚀层很薄，而随着固化时间延长，氧扩散穿越腐蚀层继续氧化极板基体，腐蚀层逐渐变厚，板栅表面由于生成腐蚀产物而变得粗糙，和铅膏中经氧化作用产生的氢氧化物的粘结变得牢固，通常这个过程很漫长。本发明通过等离子体技术产生的氧自由基、羟基自由基等离子体在潮湿的极板表面或内部迅速氧化极板中的游离铅，并通过提高氧的浓度提供充足的氧，加速反应的进行。
极板表面在通入二氧化碳后生成碱式碳酸铅，可提高极板强度、减少表面浮粉。在极板组装的电池加酸后，因碱式碳酸铅不断与硫酸反应生成二氧化碳，生成的热量少，在电池加酸后的静置过程中，分别在静置的第3分钟、5分钟、9分钟、11分钟……23分钟，分别对电池进行抽真空处理，将生成的二氧化碳抽出的同时也将氧化铅硫酸盐化产生的热量带走，从而达到降温的目的。
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
步骤1：极板涂膏后在温度30℃、环境湿度95％的条件下预固化3h，便于后续固化过程中完成良好的铅膏重结晶，本阶段靠蒸汽加湿和水雾化加湿保证温度和湿度。
步骤2：预固化结束后以温度70℃、环境湿度95％的条件预高温固化8h；再以55℃的温度，环境湿度95％的条件下固化10h；此阶段铅膏完成重结晶，生成大量的针状3BS晶体和少量的棱柱状的4BS晶体，本阶段靠蒸汽加湿和水雾化加湿保证温度和湿度。
步骤3：保持55℃的环境温度，在6h内，通过控制固化室的排湿和喷水雾使环境湿度由95％降至80％，本阶段靠换热片和水雾化保证温度和湿度。
步骤4：保持55℃的环境温度，环境湿度设定为70％，把步骤3中的产品在等离子发生器内处理1h，完成极板内的游离铅氧化。
步骤5：把步骤4中的产品置于饱和醋酸铅水溶液中内，通过PLC自动控制模块控制，通入二氧化碳气体，在水的作用下与极板中的氧化铅反应生成碱式碳酸铅。
步骤6：保持55℃的环境温度，排湿风门全开，烘干4h；再降温度调整为75℃，排湿风门全开，烘干8h后停止加热，待极板温度降至室温后固化完毕。
该极板组装电池的配套化成前处理工艺：
电池加酸后，放入冷却水槽中静置，在静置的第2分钟、4分钟、8分钟、10分钟、12分钟、14份、16分钟、18分钟、20分钟、22分钟的时间点，采用专用抽真空设备分别对电池抽真空8秒。
实施例2
步骤1：极板涂膏后在温度35℃、环境湿度97％的条件下预固化6h，便于后续固化过程中完成良好的铅膏重结晶，本阶段靠蒸汽加湿和水雾化加湿保证温度和湿度。
步骤2：预固化结束后以温度72℃、环境湿度97％的条件预高温固化9h；再以58℃温度，环境湿度97％的条件下固化12.5h；此阶段铅膏完成重结晶，生成大量的针状3BS晶体和少量的棱柱状的4BS晶体，本阶段靠蒸汽加湿和水雾化加湿保证温度和湿度。
步骤3：保持57℃的环境温度，在7h内，通过控制固化室的排湿和喷水雾使环境湿度由97％降至83％，本阶段靠换热片和水雾化保证温度和湿度。
步骤4：保持57℃的环境温度，环境湿度设定为75％，把步骤3中的产品在等离子发生器内处理2h，完成极板内的游离铅氧化。
步骤5：把步骤4中的产品置于饱和醋酸铅水溶液中内，通过PLC自动控制模块控制，通入二氧化碳气体，在水的作用下与极板中的氧化铅反应生成碱式碳酸铅。
步骤6：保持57℃的环境温度，排湿风门全开，烘干5h；再降温度调整为77℃，排湿风门全开，烘干10h后停止加热，待极板温度降至室温后固化完毕。
该极板组装电池的配套化成前处理工艺：
电池加酸后，放入冷却水槽中静置，在静置的第3分钟、5分钟、9分钟、11分钟、13分钟、15份、17分钟、19分钟、21分钟、23分钟的时间点，采用专用抽真空设备分别对电池抽真空10秒。
实施例3
步骤1：极板涂膏后在温度40℃、环境湿度99％的条件下预固化8h，便于后续固化过程中完成良好的铅膏重结晶，本阶段靠蒸汽加湿和水雾化加湿保证温度和湿度。
步骤2：预固化结束后以温度75℃、环境湿度99％的条件预高温固化10h；再以60℃温度，环境湿度99％的条件中午固化15h；此阶段铅膏完成重结晶，生成大量的针状3BS晶体和少量的棱柱状的4BS晶体，本阶段靠蒸汽加湿和水雾化加湿保证温度和湿度。
步骤3：保持60℃的环境温度，在8h内，通过控制固化室的排湿和喷水雾使环境湿度由99％降至85％，本阶段靠换热片和水雾化保证温度和湿度。
步骤4：保持60℃的环境温度，环境湿度设定为80％，把步骤3中的产品在等离子发生器内处理3h，完成极板内的游离铅氧化。
步骤5：把步骤4中的产品置于饱和醋酸铅水溶液中内，通过PLC自动控制模块控制，通入二氧化碳气体，在水的作用下与极板中的氧化铅反应生成碱式碳酸铅。
步骤6：保持60℃的环境温度，排湿风门全开，烘干6h；再降温度调整为80℃，排湿风门全开，烘干12h后停止加热，待极板温度降至室温后固化完毕。
该极板组装电池的配套化成前处理工艺：
电池加酸后，放入冷却水槽中静置，在静置的第4分钟、6分钟、10分钟、12分钟、14分钟、16份、18分钟、20分钟、22分钟、24分钟之前12秒，采用专用抽真空设备分别对电池抽真空操作。
对比例1
步骤1：极板涂膏后在温度30℃、环境湿度95％的条件下预固化3，便于后续固化过程中完成良好的铅膏重结晶，本阶段靠蒸汽加湿和水雾化加湿保证温度和湿度。
步骤2：预固化结束后以温度70℃、环境湿度95％的条件预高温固化8h；再以55℃温度，环境湿度95％的条件下固化10h；此阶段铅膏完成重结晶，生成大量的针状3BS晶体和少量的棱柱状的4BS晶体，本阶段靠蒸汽加湿和水雾化加湿保证温度和湿度。
步骤3：保持55℃的环境温度，在6h内，通过控制固化室的排湿和喷水雾使环境湿度由95％降至80％，本阶段靠换热片和水雾化保证温度和湿度。
步骤4：保持55℃的环境温度，环境湿度设定为70％，在8h内通过PLC自动控制模块，控制水雾化设备自动切换为喷淋双氧水至极板表面，在调节环境湿度的同时，促进该阶段极板内的游离铅氧化，本阶段靠换热片和双氧水雾化保证温度和湿度。
步骤5：保持55℃的环境温度，环境湿度设定为50％，在8h内，通过PLC自动控制模块控制，在进行水喷淋的同时向固化室内通入二氧化碳气体，在水的作用下与极板中的氧化铅反应生成碱式碳酸铅，本阶段靠换热片和水雾化保证温度和湿度。
步骤6：保持55℃的环境温度，排湿风门全开，烘干4h；再降温度调整为75℃，排湿风门全开，烘干8h后停止加热，待极板温度降至室温后固化完毕。
该极板组装电池的配套化成前处理工艺：电池加酸后，放入冷却水槽中静置，在静置的第2分钟、4分钟、8分钟、10分钟、12分钟、14份、16分钟、18分钟、20分钟、22分钟的时间点，采用专用抽真空设备分别对电池抽真空8秒。
为验证各实施方式中由本发明制备的正极板组装而成的铅酸蓄电池的性能，特进行以下测试实验：
极板化学分析检测
按照专利公开号为CN 107621453 A的一种动力型铅蓄电池隔板中铅离子含量的检测方法进行游离铅的检测。
表1.实施例1和对比例1中极板游离铅检测结果
标准 实施例1 对比例1 对比例2 对比例3
正极板 ≤2％ 1.29％ 1.77％ 1.25％ 1.23％
负极板 ≤5％ 2.01 2.69％ 1.94％ 1.95％
水分 ≤0.5％ 0.25％ 0.33％ 0.22％ 0.21％
1、极板跌落试验
测试方法：测试前极板称重，然后将极板水平从1.5米高处自由跌落到水泥地面，连续测试三次，跌落率＝(跌落前重量-跌落后重量)/(跌落前重量-板栅重量)，结果如表2所示。
表2.极板跌落测试结果
Figure BDA0002749363130000081
2、电池性能测试
将上述的极板按照常规工艺组装制备型号为6-QW-80的免维护蓄电池(容量：80Ah低温大电流放电Icc 600A)，参照试验标准：GB/T5008.1-2013。
2.1、储备容量
检测方法：25℃±2℃环境温度中以25A放电，终止电压10.5±0.05v，记录时间。
2.2、-18℃低温检测
检测方法：在-18℃±1℃环境温度中保持不低于24h。以600A放电30s，记录10s、30s电压，静止20s，以360A放电40s，记录40s时电压，终止电压10.5±0.05v，记录时间。
2.3、20h额定容量
检测方法：25℃±2℃环境温度中以3A放电，终止电压10.5±0.05v，记录时间。
2.4、-29℃低温检测
检测方法：在-29℃±1℃环境温度中保持不低于24h。以480A放电30s，记录10s、30s电压，静止20s，以288A放电40s，记录40s时电压，终止电压10.5±0.05v，记录时间。
2.5、充电接受能力
蓄电池完全充电后保持在25℃±2℃环境温度中，以I0(8A)放电5h，在0℃±1℃环境温度中放置20h，取出1min内按14.4±0.10v电压充电，10分钟后记录充电电流Ica。
2.6、循环寿命
按照GB/T5008.1-2013中5.9.2循环耐久试验。结果如表3所示。
表3.各实施方式样品的测试结果
Figure BDA0002749363130000101
由表1-3可知，采用新极板固化和配套化成前处理工艺，提高了游离铅氧化速率和极板强度以及铅膏之间的结合力，提高了板栅与铅膏之间的结合度，进而降低了板栅与铅膏之间电阻，提高了蓄电池的充电接受能力，延长了蓄电池的寿命。

Claims (2)

1.一种铅酸蓄电池用极板固化和配套化成前处理工艺，其特征在于，极板固化工艺包括如下步骤：
步骤1：极板涂膏后在温度30℃-40℃、环境湿度95％-99％的条件下预固化3-8h，便于后续固化过程中完成良好的铅膏重结晶，本阶段靠蒸汽加湿和水雾化加湿保证温度和湿度；
步骤2：预固化结束后以温度70℃-75℃、环境湿度95％-99％的条件预高温固化8-10h；再以55℃-60℃温度，环境湿度95％-99％的条件下固化10-15h；此阶段铅膏完成重结晶，生成大量的针状3BS晶体和少量的棱柱状的4BS晶体，本阶段靠蒸汽加湿和水雾化加湿保证温度和湿度；
步骤3：保持55℃-60℃的环境温度，在6-8h内，通过控制固化室的排湿和喷水雾使环境湿度由95％-99％降至80％-85％，本阶段靠换热片和水雾化保证温度和湿度；
步骤4：保持55℃-60℃的环境温度，环境湿度设定为70％-80％，把步骤3中的产品在等离子发生器内处理1-3h，完成极板内的游离铅氧化；
步骤5：把步骤4中的产品置于饱和醋酸铅水溶液中内，通过PLC自动控制模块控制，在固化室内通入二氧化碳气体，在水的作用下与极板中的氧化铅反应生成碱式碳酸铅；
步骤6：保持55℃-60℃的环境温度，排湿风门全开，烘干4-6h；再降温度调整为75-80℃，排湿风门全开，烘干8-12h后停止加热，待极板温度降至室温后固化完毕。
2.根据权利要求1所述一种铅酸蓄电池用极板固化和配套化成前处理工艺，其特征在于，极板组装电池的配套化成前处理工艺为：电池加酸后，放入冷却水槽中静置，在静置的2-4分钟、4-6分钟、8-10分钟、10-12分钟、12-14分钟、14-16份、16-18分钟、18-20分钟、20-22分钟、22-24分钟的时间内，采用抽真空设备分别对电池抽真空8-12秒。
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