CN112436147B - 一种铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺 - Google Patents

一种铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺，涉及铅酸蓄电池加工技术领域，本发明在正极铅膏中钛酸铅的添加，可以调节正极电位，增大正负极之间的电位差，从而提高充电接受能力，改善铅酸蓄电池的使用效果；在负极铅膏添加聚乳酸以替代常用的腐殖酸，使得硫酸铅结晶在金属铅表面析出困难，抑制致密硫酸铅层的形成，并且使得海绵状铅的自由能减小，从而抑制负极板的钝化和收缩。

Description

一种铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺
技术领域：
本发明涉及铅酸蓄电池加工技术领域，具体涉及一种铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺。
背景技术：
铅酸蓄电池，由于其可以大电流放电、有较高的可逆性、电动势较高、原材料来源丰富、制造工艺简便、性价比高等特点，因此被广泛用作启动型铅酸蓄电池。但同时铅酸蓄电池具有比能量低、寿命短的缺点，近年来人们不断对铅酸蓄电池进行研究和改进，极大地促进了铅酸蓄电池的发展。
目前，铅酸蓄电池所存在的技术问题主要包括：正极活性物质利用率低，正极活性物质软化脱落，负极比表面积收缩，负极钝化，低温充电性能差。而铅酸蓄电池的性能和质量主要受铅膏配方与和膏工艺的影响，因此可以从这两个方面入手来提高铅酸蓄电池的应用性能。
现有的和膏工艺一般是在低温或者负压条件下进行，不仅使工艺成本增加，同时会提高设备要求，并且铅酸蓄电池的充电接受能力有限，从而影响电池的循环使用寿命。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺，通过铅膏配方的筛选与和膏工艺的调整来控制铅膏的组成和结构，提高铅酸蓄电池的充电接受能力，延长铅酸蓄电池的循环使用寿命。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺，包括以下步骤：
(1)设计铅膏配方：
正极铅膏由以下重量百分比的组分构成：10-15％去离子水、5-10％硫酸、5-20％红丹、0.1-0.5％钛酸铅、0.1-0.5％石墨烯、0.1-0.5％短纤维，余量为铅粉；
负极铅膏由以下重量百分比的组分构成：10-15％去离子水、5-10％硫酸、0.1-0.5％乙炔黑、0.1-0.5％聚乳酸、0.1-0.5％短纤维，余量为铅粉；
(2)和膏：
将步骤(1)正极铅膏配方中的固体原料加入和膏机中干混，再加入去离子水湿混，然后在搅拌状态下分批次加入硫酸，控制铅膏温度在75-80℃，待硫酸加入完毕后继续保温搅拌，出膏，得到正极铅膏；
将步骤(1)负极铅膏配方中的固体原料加入和膏机中干混，再加入去离子水湿混，然后在搅拌状态下分批次加入硫酸，控制铅膏温度在75-80℃，待硫酸加入完毕后继续保温搅拌，出膏，得到负极铅膏。
所述硫酸的质量浓度为40-50％。
所述石墨烯的粒度在10-20μm，片径厚度为1-15nm。
所述乙炔黑的比表面积为65-90m2/g。
所述短纤维为聚酯纤维或聚丙烯纤维。
所述短纤维的长度为1-3mm。
所述聚乳酸的分子量为10-15万。
所述硫酸的加入速度控制在3-10kg/min。
所述硫酸分3-5次加入。
和膏过程是硫酸和铅、氧化铅进行化学反应的过程，在不同和膏温度和时间下形成不同组成和结构的铅膏(三碱式硫酸铅3BS和四碱式硫酸铅4BS)，而铅膏的组成和结构直接影响电池的电气性能，因此和膏工艺十分关键。
和膏过程中将温度控制在75-80℃，可以增加铅膏中4BS的含量，构成活性物质的骨架结构，增大极板强度，延长铅酸蓄电池的的循环使用寿命。并且，控制铅膏中4BS与3BS的比例，可以克服铅钙、低锑引起的早期容量损失。
在上述技术方案中，短纤维的添加可以提高活性物质的机械强度，防止活性物质脱落，提高铅酸蓄电池的循环性能；以石墨烯和乙炔黑作为导电剂，可以改善活性物质的导电性，增加极板的孔隙率及吸酸性，有利于硫酸根粒子的扩散。
所述短纤维为氮掺杂玄武岩纤维，其制备方法为：将玄武岩纤维加入水中，超声分散，再加入乙二胺，加热至150-160℃水热反应8-16h，抽滤，水洗，烘干，即得氮掺杂玄武岩纤维。
所述玄武岩纤维、乙二胺的质量比为10-20:5-15。
上述制备的氮掺杂玄武岩纤维的耐腐蚀性好，强度高，耐温范围宽，相对聚酯纤维和聚丙烯纤维来说，更能提高活性物质的机械强度，防止活性物质脱落，从而显著提高铅酸蓄电池的循环性能。
本发明的有益效果是：
(1)本发明在正极铅膏中钛酸铅的添加，可以调节正极电位，增大正负极之间的电位差，从而提高充电接受能力，改善铅酸蓄电池的使用效果。
(2)本发明在负极铅膏添加聚乳酸以替代常用的腐殖酸，使得硫酸铅结晶在金属铅表面析出困难，抑制致密硫酸铅层的形成，并且使得海绵状铅的自由能减小，从而抑制负极板的钝化和收缩。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
下述实施例和对比例中所用硫酸的质量浓度为45％。
实施例1
正极铅膏由以下重量百分比的组分构成：12.8％去离子水、8.6％硫酸、7.5％红丹、0.5％钛酸铅、0.25％石墨烯、0.18％聚酯短纤维，余量为铅粉。
负极铅膏由以下重量百分比的组分构成：11.5％去离子水、7.8％硫酸、0.25％乙炔黑、0.5％聚乳酸、0.15％聚酯短纤维，余量为铅粉。
(2)和膏：
将步骤(1)正极铅膏配方中的固体原料加入和膏机中干混，再加入去离子水湿混，然后在搅拌状态下等分成5次加入硫酸，加入速度控制在5kg/min，控制铅膏温度在78℃，待硫酸加入完毕后继续保温搅拌10min，出膏，得到正极铅膏。
将步骤(1)负极铅膏配方中的固体原料加入和膏机中干混，再加入去离子水湿混，然后在搅拌状态下等分成5次加入硫酸，加入速度控制在5kg/min，控制铅膏温度在78℃，待硫酸加入完毕后继续保温搅拌10min，出膏，得到负极铅膏。
实施例2
正极铅膏由以下重量百分比的组分构成：13.5％去离子水、8.2％硫酸、6.4％红丹、0.5％钛酸铅、0.2％石墨烯、0.2％聚酯短纤维，余量为铅粉。
负极铅膏由以下重量百分比的组分构成：12％去离子水、7.5％硫酸、0.15％乙炔黑、0.5％聚乳酸、0.15％聚酯短纤维，余量为铅粉。
(2)和膏：
将步骤(1)正极铅膏配方中的固体原料加入和膏机中干混，再加入去离子水湿混，然后在搅拌状态下等分成5次加入硫酸，加入速度控制在5kg/min，控制铅膏温度在78℃，待硫酸加入完毕后继续保温搅拌10min，出膏，得到正极铅膏。
将步骤(1)负极铅膏配方中的固体原料加入和膏机中干混，再加入去离子水湿混，然后在搅拌状态下等分成5次加入硫酸，加入速度控制在5kg/min，控制铅膏温度在78℃，待硫酸加入完毕后继续保温搅拌10min，出膏，得到负极铅膏。
实施例3
实施例3与实施例1相同，唯一区别是将聚酯短纤维替换为等量的氮掺杂玄武岩纤维。
氮掺杂玄武岩纤维的制备方法为：将15.8g玄武岩纤维加入g水中，超声分散，再加入10.2g乙二胺，加热至160℃水热反应12h，抽滤，水洗3次，置于80℃烘箱中烘干，即得氮掺杂玄武岩纤维。
对比例1
对比例1与实施例1相同，唯一区别是将聚乳酸替换为等量的腐殖酸。
对比例2
对比例2与实施例1相同，唯一区别是未添加钛酸铅。
分别将制备的正极铅膏、负极铅膏涂覆在正极板与负极板上，在75-80℃经固化干燥得到正极板和负极板，再按照6-DZM-12Ah装配工艺进行组装、灌酸、化成，得到铅酸蓄电池，并进行性能测试。
1)充电接受能力的测试：
依据标准GB/T 22199-2008《电动助力车用密封铅酸蓄电池》。
2)循环使用寿命的测试
在环境温度50℃下，以恒压14.8V、限流75A下充电8h，然后以恒流50A放电至终止电压11.5V为一个循环，当整组电池的放电容量低于额定容量的80％时，电池的寿命终止。
测试结果见表1。
表1铅酸蓄电池的性能测试结果
充电电流/A 放电容量/％ 循环次数/次
实施例1 5.96 99.3 862
实施例2 5.81 99.1 849
实施例3 6.14 99.5 871
对比例1 5.35 98.9 823
对比例2 5.07 98.2 795
注：测定充电第600秒的充电电流；测定循环第500次时的放电容量，以原始容量的百分比计。
由上表可知，铅膏中钛酸铅、聚乳酸、氮掺杂玄武岩纤维的添加都有利于提高铅酸蓄电池的充电接受能力，影响铅酸蓄电池的循环使用寿命。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)设计铅膏配方：
正极铅膏由以下重量百分比的组分构成：10-15％去离子水、5-10％硫酸、5-20％红丹、0.1-0.5％钛酸铅、0.1-0.5％石墨烯、0.1-0.5％短纤维，余量为铅粉；
负极铅膏由以下重量百分比的组分构成：10-15％去离子水、5-10％硫酸、0.1-0.5％乙炔黑、0.1-0.5％聚乳酸、0.1-0.5％短纤维，余量为铅粉；
(2)和膏：
将步骤(1)正极铅膏配方中的固体原料加入和膏机中干混，再加入去离子水湿混，然后在搅拌状态下分批次加入硫酸，控制铅膏温度在75-80℃，待硫酸加入完毕后继续保温搅拌，出膏，得到正极铅膏；
将步骤(1)负极铅膏配方中的固体原料加入和膏机中干混，再加入去离子水湿混，然后在搅拌状态下分批次加入硫酸，控制铅膏温度在75-80℃，待硫酸加入完毕后继续保温搅拌，出膏，得到负极铅膏。
2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺，其特征在于：所述硫酸的质量分数为40-50％。
3.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺，其特征在于：所述石墨烯的粒度在10-20μm，片径厚度为1-15nm。
4.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺，其特征在于：所述乙炔黑的比表面积为65-90m2/g。
5.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺，其特征在于：所述短纤维为聚酯纤维或聚丙烯纤维。
6.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺，其特征在于：所述短纤维的长度为1-3mm。
7.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺，其特征在于：所述聚乳酸的分子量为10-15万。
8.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺，其特征在于：所述硫酸的加入速度控制在3-10kg/min。
9.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺，其特征在于：所述硫酸分3-5次加入。
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