CN112786843A - 一种低温用铅蓄电池负极铅膏及负极板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温用铅蓄电池负极铅膏及负极板，负极铅膏由铅粉、添加剂、水和合膏酸组成，以铅粉的重量份为1000份计，所述添加剂的组成包括：PE短纤维0.5～1.0份、羧甲基纤维素钠0.5～1.0份、改性三硅酸镁3.0～5.0份、硬脂酸钠4.0～6.0份、特氟龙溶液2.0～3.0份、硫酸亚锡0.5～1.5份、超导碳黑1.0～2.0份、超细硫酸钡8～12份、木素2.5～4.0份、腐殖酸1～2份。本发明通过在负极铅膏中添加特殊的添加剂，可大幅提高铅蓄电池的低温性能。

Description

一种低温用铅蓄电池负极铅膏及负极板
技术领域
本发明涉及铅蓄电池技术领域，尤其涉及一种低温用铅蓄电池负极铅膏及负极板。
背景技术
铅蓄电池作为目前使用量最大的二次电池，应用领域广泛，应用场景也各不相同。如在起动和低速动力领域，就对蓄电池提出更高的使用温度范围要求，相关标准也对低温性能提出明确要求。
铅蓄电池因其活物质自身特性，低温环境下电性能大幅衰减，使用寿命也大幅缩短。通过研究发现，低温下硫酸铅的溶解度和硫酸根离子的迁移速度大幅下降，导致蓄电池充放电容量大幅下降，尤其负极容量衰减更为突出。
优化负极铅膏添加剂配方，提高低温环境下蓄电池的容量和寿命可以进一步提高铅蓄电池的应用领域温度范围，是当前铅蓄电池专业技术人员的重要研究课题。
例如，公开号为CN111600018A的中国专利文献公开了一种适用于高低温环境的负极铅膏、铅蓄电池及制备方法，所述负极板铅膏配方包含以下重量份数的组分：铅粉100份，硫酸8-11份，去离子水7～10份，高强短纤维0.04～0.06份，木质素0.1～0.2份，颗粒炭黑0.1～0.25份，纳米硫酸钡0.65～0.95，腐殖酸0.4～0.6份，表面活性剂0.25～0.45份，碳纳米管溶液2～4份，析氢抑制剂0.10～0.25份。
公开号为CN110729461A的中国专利文献公开了一种铅蓄电池用负极铅膏及其制备方法，所述铅蓄电池用负极铅膏，由以下重量份的组分制得：铅粉1000份，木素功能化碳纳米管分散液12～25份，腐殖酸2～3份，乙炔黑2～3份，硫酸钡10～12份，去离子水100～120份，硫酸80～100份和短纤维0.5～1份。该发明的铅蓄电池用负极铅膏中所用木素经过碳纳米管的锚定后有利于电池具有更好的低温性能和循环寿命。
发明内容
本发明提供了一种低温用铅蓄电池负极铅膏，通过在负极铅膏中添加特殊的添加剂，可大幅提高铅蓄电池的低温性能。
本发明的技术方案如下：
一种低温用铅蓄电池负极铅膏，由铅粉、添加剂、水和合膏酸组成，以铅粉的重量份为1000份计，所述添加剂的组成包括：PE短纤维0.5～1.0份、羧甲基纤维素钠0.5～1.0份、改性三硅酸镁3.0～5.0份、硬脂酸钠4.0～6.0份、特氟龙溶液2.0～3.0份、硫酸亚锡0.5～1.5份、超导碳黑1.0～2.0份、超细硫酸钡8～12份、木素2.5～4.0份、腐殖酸1～2份。
本发明的负极铅膏通过各组分的合理配比，可大幅降低负极硫酸铅的团聚、沉淀，提高硫酸铅的溶解度和负极铅膏的酸量储备，从而提高铅蓄电池的低温性能。
在负极铅膏中添加羧甲基纤维素钠，可以提高负极板孔率，同时在铅膏晶体表面形成胶体保护膜，延长极板寿命。
优选的，所述羧甲基纤维素钠的pH值为6～7；羧甲基纤维素钠的2％水溶液粘度为300～500mpa.s。
优选的，所述的改性三硅酸镁具有为微孔结构，其平均孔径小于3nm。在负极铅膏中添加改性三硅酸镁，使负极铅膏具有更丰富的微孔结构，提高铅膏吸附酸量，增加铅膏离子迁移通道。
优选的，所述的改性三硅酸镁的制备方法为：将三硅酸镁采用稀硫酸100～150℃恒温酸化5～10h。所述的稀硫酸的浓度为15～25％。
在负极铅膏中添加硬脂酸钠，可生成具有两个羧基的硬脂酸和硫酸钠，提高极板表面活性，防止铅电极表面收缩，同时可以提高充放电容量和循环寿命。
优选的，所述的硬脂酸钠中，硬脂酸含量≥40％，钠含量≤10％。
在负极铅膏中添加特氟龙溶液，使铅膏晶体表面形成特殊的网状结构，充分保护铅膏结晶体，提高蓄电池循环寿命。
优选的，所述的特氟龙溶液的质量浓度为15～25％。
在负极铅膏中添加硫酸亚锡，可以提高蓄电池低温放电电压平台，提高蓄电池低温放电容量。
在负极铅膏中添加高比表面积、高铅吸收值的超导碳黑，大幅提高负极板低温下的导电能力，有效抑制硫酸铅团聚。
优选的，所述的超导碳黑的比表面积≥700m2/g，铅吸收不低于8500ppm。
优选的，所述合膏酸为密度为1.30-1.50g/ml的硫酸溶液；以铅粉的重量份为1000份计，所述的低温用铅蓄电池负极铅膏中，水的添加量为105～115份，合膏酸的添加量为100～115份。
通过上述配方获得的负极铅膏具有高酸、低视密度的特点，可进一步提高负极板孔率，提高蓄电池低温放电性能。
一种优选的技术方案为：以铅粉的重量份为1000份计，所述添加剂的组成包括：PE短纤维0.5份、羧甲基纤维素钠0.5份、改性三硅酸镁3.0份、硬脂酸钠6.0份、特氟龙溶液3.0份、硫酸亚锡0.5份、超导碳黑1.0份、超细硫酸钡8份、木素4.0份、腐殖酸1份。
另一种优选的技术方案为：以铅粉的重量份为1000份计，所述添加剂的组成包括：PE短纤维1.0份、羧甲基纤维素钠1.0份、改性三硅酸镁5.0份、硬脂酸钠4.0份、特氟龙溶液2.0份、硫酸亚锡1.5份、超导碳黑2.0份、超细硫酸钡12份、木素2.5份、腐殖酸2份。
本发明还提供了一种低温用铅蓄电池负极板，由上述低温用铅蓄电池负极铅膏涂布于负极板栅上制备而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在负极铅膏中，通过添加特殊的添加剂并优化各组分之间的配比，可大幅提高铅蓄电池的低温放电容量、常温和低温循环寿命，可满足低温环境下深循环使用新要求；同时，还能显著提高低温环境下的起动能量，可满足极寒环境下起动使用要求。
具体实施方式
实施例1
正极铅膏配方：铅粉1000kg，PE短纤维0.5kg，密度1.40g/ml的硫酸94kg，去离子水115kg，铅膏视密度4.2g/cm3；
负极铅膏配方：铅粉1000kg，PE短纤维0.5kg，羧甲基纤维素钠0.5kg，改性三硅酸镁3kg，硬脂酸钠6kg，特氟龙溶液3kg，硫酸亚锡0.5kg，超导碳黑1kg，超细硫酸钡8kg，木素4kg，腐殖酸1kg，密度1.40g/ml的硫酸100kg，去离子水115kg，铅膏视密度4.1g/cm3。
实施例2
正极铅膏配方：铅粉1000kg，PE短纤维0.5kg，密度1.40g/ml的硫酸94kg，去离子水115kg，铅膏视密度4.2g/cm3；
负极铅膏配方：铅粉1000kg，PE短纤维1kg，羧甲基纤维素钠1kg，改性三硅酸镁5kg，硬脂酸钠4kg，特氟龙溶液2kg，硫酸亚锡1.5kg，超导碳黑2kg，超细硫酸钡12kg，木素2.5kg，腐殖酸2kg，密度1.40g/ml的硫酸115kg，去离子水105kg，铅膏视密度4.1g/cm3。
对比例1
正极铅膏配方：铅粉1000kg，PE短纤维0.5kg，密度1.40g/ml的硫酸94kg，去离子水115kg，铅膏视密度4.2g/cm3；
负极铅膏配方：铅粉1000kg，PE短纤维0.5kg，超细硫酸钡8kg，木素4kg，腐殖酸1kg，乙炔黑2kg，密度1.40g/ml的硫酸73kg，去离子水110kg，铅膏视密度4.4g/cm3。
对比例2
正极铅膏配方：铅粉1000kg，PE短纤维0.5kg，密度1.40g/ml的硫酸94kg，去离子水115kg，铅膏视密度4.2g/cm3；
负极铅膏配方：铅粉1000kg，PE短纤维0.5kg，超细硫酸钡12kg，木素2.5kg，腐殖酸2kg，乙炔黑3kg，密度1.40g/ml的硫酸85kg，去离子水105kg，铅膏视密度4.4g/cm3。
将实施例1、2和对比例1、2四种铅膏，采用相同板栅、相同凃膏量，在同一固化室进行固化干燥制成同规格极板，采用相同壳体、隔板和电解液制成同规格电动助力车用12V20Ah电池。按GB/T 22199.1-2017《电动助力车用阀控式铅酸蓄电池》标准要求试验方法和针对低温地区制定的-15℃下循环寿命测试，测试结果列于下表1：
表1
Figure BDA0002929390550000051
由表1可知，实施例1、2样品电池较对比例1、2样品电池，低温环境下放电容量明显提高，常温和低温循环寿命均大幅提高，可满足低温环境下深循环使用要求。
将实施例1、2和对比例1、2四种铅膏，采用相同板栅、相同凃膏量，在同一固化室进行固化干燥制成同规格极板，采用相同壳体、隔板和电解液制成同规格汽车启动用12V60Ah电池。在东北地区，约-36℃环境下，进行实车连续起动试验，试验结果列于下表2：
表2
Figure BDA0002929390550000052
由表2可知，实施例1、2样品电池较对比例1、2样品电池，低温环境下起动能力显著提高，可满足极寒环境下起动使用要求。
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 (10)

1.一种低温用铅蓄电池负极铅膏，由铅粉、添加剂、水和合膏酸组成，其特征在于，以铅粉的重量份为1000份计，所述添加剂的组成包括：PE短纤维0.5～1.0份、羧甲基纤维素钠0.5～1.0份、改性三硅酸镁3.0～5.0份、硬脂酸钠4.0～6.0份、特氟龙溶液2.0～3.0份、硫酸亚锡0.5～1.5份、超导碳黑1.0～2.0份、超细硫酸钡8～12份、木素2.5～4.0份、腐殖酸1～2份。
2.根据权利要求1所述的低温用铅蓄电池负极铅膏，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠的pH值为6～7；羧甲基纤维素钠的2％水溶液粘度为300～500mpa.s。
3.根据权利要求1所述的低温用铅蓄电池负极铅膏，其特征在于，所述的改性三硅酸镁具有为微孔结构，其平均孔径小于3nm。
4.根据权利要求1所述的低温用铅蓄电池负极铅膏，其特征在于，所述的硬脂酸钠中，硬脂酸含量≥40％，钠含量≤10％。
5.根据权利要求1所述的低温用铅蓄电池负极铅膏，其特征在于，所述的特氟龙溶液的质量浓度为15～25％。
6.根据权利要求1所述的低温用铅蓄电池负极铅膏，其特征在于，所述的超导碳黑的比表面积≥700m2/g，铅吸收不低于8500ppm。
7.根据权利要求1所述的低温用铅蓄电池负极铅膏，其特征在于，所述合膏酸为密度为1.30-1.50g/ml的硫酸溶液；以铅粉的重量份为1000份计，所述的低温用铅蓄电池负极铅膏中，水的添加量为105～115份，合膏酸的添加量为100～115份。
8.根据权利要求1～7任一项所述的低温用铅蓄电池负极铅膏，其特征在于，以铅粉的重量份为1000份计，所述添加剂的组成包括：PE短纤维0.5份、羧甲基纤维素钠0.5份、改性三硅酸镁3.0份、硬脂酸钠6.0份、特氟龙溶液3.0份、硫酸亚锡0.5份、超导碳黑1.0份、超细硫酸钡8份、木素4.0份、腐殖酸1份。
9.根据权利要求1～7任一项所述的低温用铅蓄电池负极铅膏，其特征在于，以铅粉的重量份为1000份计，所述添加剂的组成包括：PE短纤维1.0份、羧甲基纤维素钠1.0份、改性三硅酸镁5.0份、硬脂酸钠4.0份、特氟龙溶液2.0份、硫酸亚锡1.5份、超导碳黑2.0份、超细硫酸钡12份、木素2.5份、腐殖酸2份。
10.一种低温用铅蓄电池负极板，其特征在于，由如权利要求1～9任一项所述的低温用铅蓄电池负极铅膏涂布于负极板栅上制备而成。
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