CN113644270A - 一种高容量正极铅膏及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铅蓄电池技术领域，公开了一种高容量正极铅膏，该正极铅膏由以下质量百分比的原材料制备而成：铅粉、硫酸、去离子水、三氧化二锑、三氧化二铋、氧化锌、聚酯短纤维、高结构炭黑和红丹。本发明通过添加高结构炭黑等添加剂，提高正极活性物质的孔容和孔径，提高硫酸根及氢离子的迁移，从而提高活性物质的利用率，在相同的放电电流密度下能放出更多的容量，延长电池的循环寿命。
Description
技术领域
本发明属于铅蓄电池技术领域，涉及一种高容量正极铅膏及其制备方法。
背景技术
铅酸蓄电池具有成本低廉、安全可靠、生产工艺成熟、使用寿命长、易于回收循环利用及电性能稳定等优点成深受市场欢迎。但由于铅酸蓄电池重量比能量和循环使用等方面的弱点又使它的广泛应用受到限制。蓄电池的核心部件是极板，而极板的性能好坏直接决定于板栅和铅膏。重量比能量低主要原因之一就是由于正极活性物质利用率低，导致铅酸蓄电池正极板重量降不下来，尤其在高功率、动力应用方面这些缺点体现得更加明显，受此影响铅酸蓄电池也受到其它高性能新型电池的严重挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高容量正极铅膏，通过添加高结构炭黑等添加剂，提高正极活性物质的孔容和孔径，提高硫酸根及氢离子的迁移，从而提高活性物质的利用率，在相同的放电电流密度下能放出更多的容量，延长电池的循环寿命。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种高容量正极铅膏，该正极铅膏由以下质量百分比的原材料制备而成：铅粉、硫酸、去离子水、三氧化二锑、三氧化二铋、氧化锌、聚酯短纤维、高结构炭黑和红丹。
优选地，所述硫酸占铅粉重量的8.5％、所述去离子水占铅粉重量的14％、所述三氧化二锑占铅粉重量的0.15％-0.25％、所述三氧化二铋占铅粉重量的0.05％-0.07％、所述氧化锌占铅粉重量的0.02％-0.03％、所述聚酯短纤维占铅粉重量的0.08％-0.1％、所述高结构炭黑占铅粉重量的0.4％-0.6％、所述红丹占铅粉重量的0.1％-0.3％。
优选地，所述硫酸占铅粉重量的8.5％、所述去离子水占铅粉重量的14％、所述三氧化二锑占铅粉重量的0.2％、所述三氧化二铋占铅粉重量的0.06％、所述氧化锌占铅粉重量的0.025％、所述聚酯短纤维占铅粉重量的0.09％、所述高结构炭黑占铅粉重量的0.5％、所述红丹占铅粉重量的0.2％。
优选地，所述高结构炭黑的比表面积为80-100m2/g、粉体电阻率为0.2Ω·cm、粒径为3-5μm。
本发明还提供一种上述高容量正极铅膏的制备方法，包括以下步骤：将称取好的三氧化二锑、三氧化二铋、氧化锌、聚酯短纤维、红丹采用高速搅拌机预混12-15min；然后在和膏机中加一半铅粉，将预混后的材料和高结构炭黑均匀的撒在铅粉表面，搅拌5-8min后下加另一半铅粉，持续搅拌15-20min；然后快速加入去离子水，持续搅拌10-15min；最后加入硫酸，控制加硫酸时间为16-20min，加硫酸结束后持续搅拌13-15min，得到正极铅膏。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明采用的三氧化二锑和三氧化二铋主要作用为改善活性物质与板栅界面的结合力，通过影响板栅腐蚀层的物质结构，从而提高铅膏和板栅的结合，减缓铅酸蓄电池早期容量损失模式中PCL-1现象的发生。
2、高结构炭黑具有大量的分支结构，能够增加空间位阻，相对的难以团聚，更有利于分散，本发明所采用的高结构炭黑粒径较小，相对的等质量或等体积条件下，炭黑粒子数目越多，形成导电网络的概率也就越大；其次，炭黑在循环过程中与硫酸电解液反应，生成二氧化碳，随着循环的进行，炭含量逐渐减少，因此，炭黑粒子所留下来的孔隙就有利于电解质的通过，增加活性物质的电化学反应面积，提高电解质的传递速度，最终提高活性物质的利用率。
3、本发明通过在正极活性物质中添加一些添加剂，提高正极活性物质的孔容和孔径，提高硫酸根及氢离子的迁移，从而提高活性物质的利用率，在相同的放电电流密度下能放出更多的容量，将电极深处的活性物质激发出来，延长电池的循环寿命。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
以下实施例所用铅粉、硫酸、去离子水、三氧化二锑、三氧化二铋、氧化锌、聚酯短纤维、高结构炭黑、低结构炭黑和红丹均为市售，为本领域技术人员熟知的产品，其中铅粉氧化度为75-78％，粒径为5-8μm；硫酸密度为1.40g/cm3；去离子水电导率为2μs/cm；氧化锌为分析纯；聚酯短纤维长度为3-5mm；高结构炭黑比表面积80-100m2/g，粉体电阻率0.2Ω·cm，粒径为3-5μm，购自焦作和兴化工有限公司；低结构炭黑比表面积30-50m2/g，粉体电阻率0.4Ω·cm，粒径为4-7μm，，购自卡博特公司。
实施例一
一种高容量正极铅膏，该正极铅膏由以下原材料制备而成：100Kg铅粉、8.5Kg硫酸、14Kg去离子水、0.15Kg三氧化二锑、0.05Kg三氧化二铋、0.02Kg氧化锌、0.08Kg聚酯短纤维、0.4Kg高结构炭黑、0.1Kg红丹。
制备过程如下：将称取好的三氧化二锑、三氧化二铋、氧化锌、聚酯短纤维、红丹采用高速搅拌机预混12-15min；然后在和膏机中加入一半铅粉，将预混后的材料和高结构炭黑均匀的撒在铅粉表面，搅拌5-8min后加入另一半铅粉，持续搅拌15-20min；然后快速加入去离子水，持续搅拌10-15min；最后加入硫酸，控制加酸时间为16-20min，加酸结束后持续搅拌13-15min，得到正极铅膏，视密度为4.42g/cm3。
取上述铅膏78-82g涂在铅钙锡铝合金板栅上制得正极板，将制备的正极片在固化室中进行固化。将采用本发明制备的正极板，与采用常规方法制备的负极板组装成为6-DZF-20的电池进行对比，电解液用密度为1.26g/cm3的硫酸进行化成，化成完毕后对电池的性能进行检测。最终检测结果：电池前三次放电最高137min，大电流放电最高27.1min，100％DOD循环寿命330次，循环结束单次失水0.19g/次，正极活性物质比表面积6.8m2/g。
实施例二
一种高容量正极铅膏，该正极铅膏由以下原材料制备而成：100Kg铅粉、8.5Kg硫酸、14Kg去离子水、0.25Kg三氧化二锑、0.07Kg三氧化二铋、0.03Kg氧化锌、0.1Kg聚酯短纤维、0.6Kg高结构炭黑、0.3Kg红丹。
制备过程如下：将称取好的三氧化二锑、三氧化二铋、氧化锌、聚酯短纤维、红丹采用高速搅拌机预混12-15min；然后在和膏机中加入一半铅粉，将预混后的材料和高结构炭黑均匀的撒在铅粉表面，搅拌5-8min后加入另一半铅粉，持续搅拌15-20min；然后快速加入去离子水，持续搅拌10-15min；最后加入硫酸，控制加酸时间为16-20min，加酸结束后持续搅拌13-15min，得到正极铅膏，视密度为4.42g/cm3。
取上述铅膏78-82g涂在铅钙锡铝合金板栅上制得正极板，将制备的正极片在固化室中进行固化。将采用本发明制备的正极板，与采用常规方法制备的负极板组装成为6-DZF-20的电池进行对比，电解液用密度为1.26g/cm3的硫酸进行化成，化成完毕后对电池的性能进行检测。最终检测结果：电池前三次放电最高137min，大电流放电最高27.3min，100％DOD循环寿命325次，循环结束单次失水0.31g/次，正极活性物质比表面积6.8m2/g。
实施例三
一种高容量正极铅膏，该正极铅膏由以下原材料制备而成：100Kg铅粉、8.5Kg硫酸、14Kg去离子水、0.2Kg三氧化二锑、0.06Kg三氧化二铋、0.025Kg氧化锌、0.09Kg聚酯短纤维、0.5Kg高结构炭黑、0.2Kg红丹。
制备过程如下：将称取好的三氧化二锑、三氧化二铋、氧化锌、聚酯短纤维、红丹采用高速搅拌机预混12-15min；然后在和膏机中加入一半铅粉，将预混后的材料和高结构炭黑均匀的撒在铅粉表面，搅拌5-8min后加入另一半铅粉，持续搅拌15-20min；然后快速加入去离子水，持续搅拌10-15min；最后加入硫酸，控制加酸时间为16-20min，加酸结束后持续搅拌13-15min，得到正极铅膏。
取上述铅膏78-82g涂在铅钙锡铝合金板栅上制得正极板，将制备的正极片在固化室中进行固化。将采用本发明制备的正极板，与采用常规方法制备的负极板组装成为6-DZF-20的电池进行对比，电解液用密度为1.26g/cm3的硫酸进行化成，化成完毕后对电池的性能进行检测。
实施例四
本实施例为平行对比试验，高结构炭黑含量分别占铅粉质量的0％、0.4％、0.5％、0.6％，即质量为0.4Kg、0.5Kg、0.6Kg，其余原料质量、制备方法及测试方法同实施例3；低结构炭黑添加量为0.5Kg，其余原料质量、制备方法及测试方法同实施例3。结果如表1所示。
表1高结构炭黑的平行试验结果
从表1可以看出，高结构炭黑的添加可提高电池前三次的放电容量和高倍率放电容量，但是添加量过高会造成电池失水严重，使电池的寿命提前终止，同时可以看出高结构炭黑的添加能够提高正极活性物质的比表面积，在充放电过程中更有利于硫酸的迁移，当添加量为0.5％时，电池性能较好。另外，添加低结构炭黑虽提升电池的大电流性能和前三次放电容量，但效果没有高结构炭黑明显。
实施例五
本实施例为平行对比试验，氧化锌含量分别占铅粉质量的0.02％、0.025％、0.03％，即质量为0.02Kg、0.025Kg、0.03Kg，其余原料质量、制备方法及测试方法同实施例3。结果如表2所示。
表2氧化锌的平行试验结果
| 项目 | 0.02％氧化锌 | 0.025％氧化锌 | 0.03％氧化锌 |
| 正极铅膏视密度，g/cm<sup>3</sup> | 4.43 | 4.42 | 4.42 |
| 前三放电max/min | 133 | 134 | 132 |
| 大电流放电/min | 26.5 | 26.8 | 26.5 |
| 100％DOD循环 | 310 | 330 | 325 |
| 单次失水g/次 | 0.15 | 0.13 | 0.14 |
| 比表面积m2/g | 5.8 | 6.7 | 6.5 |
从表2可以看出，氧化锌的加入可以提高电池的化成效果，延长电池的循环寿命，当氧化锌添加量为0.025％时，电池性能较好，随着添加量增加，效果增加不明显。
实施例六
本实施例为平行对比试验，三氧化二铋含量分别占铅粉质量的0.05％、0.06％、0.07％，即质量为0.05Kg、0.06Kg、0.07Kg，其余原料质量、制备方法及测试方法同实施例3。结果如表3所示。
表3三氧化二铋的平行试验结果
从表3可以看出，随着三氧化二铋添加量的增加，极板的腐蚀量随之增加，但是影响电池的循环寿命，因此，当三氧化二铋含量为0.06％时，电池性能较好。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (5)
1.一种高容量正极铅膏，其特征在于，该正极铅膏由以下质量百分比的原材料制备而成：铅粉、硫酸、去离子水、三氧化二锑、三氧化二铋、氧化锌、聚酯短纤维、高结构炭黑和红丹。
2.根据权利要求1所述的一种高容量正极铅膏，其特征在于，所述硫酸占铅粉重量的8.5%、所述去离子水占铅粉重量的14%、所述三氧化二锑占铅粉重量的0.15%-0.25%、所述三氧化二铋占铅粉重量的0.05%-0.07%、所述氧化锌占铅粉重量的0.02%-0.03%、所述聚酯短纤维占铅粉重量的0.08%-0.1%、所述高结构炭黑占铅粉重量的0.4%-0.6%、所述红丹占铅粉重量的0.1%-0.3%。
3.根据权利要求1所述的一种高容量正极铅膏，其特征在于，所述硫酸占铅粉重量的8.5%、所述去离子水占铅粉重量的14%、所述三氧化二锑占铅粉重量的0.2%、所述三氧化二铋占铅粉重量的0.06%、所述氧化锌占铅粉重量的0.025%、所述聚酯短纤维占铅粉重量的0.09%、所述高结构炭黑占铅粉重量的0.5%、所述红丹占铅粉重量的0.2%。
4.根据权利要求1~3任一项所述的一种高容量正极铅膏，其特征在于，所述高结构炭黑的比表面积为80-100m2/g、粉体电阻率为0.2Ω•cm、粒径为3-5μm。
5.权利要求1~4任一项所述的一种高容量正极铅膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将称取好的三氧化二锑、三氧化二铋、氧化锌、聚酯短纤维、红丹采用高速搅拌机预混12-15min；然后在和膏机中加一半铅粉，将预混后的材料和高结构炭黑均匀的撒在铅粉表面，搅拌5-8min后下加另一半铅粉，持续搅拌15-20min；然后快速加入去离子水，持续搅拌10-15min；最后加入硫酸，控制加硫酸时间为16-20min，加硫酸结束后持续搅拌13-15min，得到正极铅膏。
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| CN202110917965.7A Pending CN113644270A (zh) | 2021-08-11 | 2021-08-11 | 一种高容量正极铅膏及其制备方法 |
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CA2858055A1 (en) * | 2011-03-07 | 2012-09-13 | Exide Technologies | Energy storage devices comprising carbon-based additives and methods of making thereof |
| CN102931410A (zh) * | 2012-10-24 | 2013-02-13 | 超威电源有限公司 | 高容量内化成铅膏及其制备方法 |
| CN111525126A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-08-11 | 河南超威正效电源有限公司 | 一种高结合力冲网板栅用正极铅膏及其制备方法与应用 |
| CN111525125A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-08-11 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种用于铅酸蓄电池的正极铅膏及其制备方法 |
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| CN113196522A (zh) * | 2018-12-04 | 2021-07-30 | 卡博特公司 | 组合物、电极和具有低温性能的铅酸蓄电池 |
-
2021
- 2021-08-11 CN CN202110917965.7A patent/CN113644270A/zh active Pending
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