CN114005979A - 一种动力铅酸蓄电池负极铅膏及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，负极铅膏按重量份数计包括铅粉100‑110份、去离子水120‑125份、阳离子聚丙烯酰胺1‑3份、石墨烯粉末2‑2.5份、活性炭粉末3‑5份、浓硫酸90‑95份、竹炭纤维0.8‑1份、聚四氟乙烯混合乳液6‑7份、聚乙烯吡咯烷酮0.5‑0.8份、改性二氧化硅粉末2‑5份、硫酸钠1‑1.5份；本发明通过在铅粉中加入聚四氟乙烯混合乳液，聚四氟乙烯混合乳液具有突出的耐热、耐寒及耐摩性，且不受温度与频率的影响，从而提高了负极铅膏的耐低温的性能，铅粉中加入改性二氧化硅粉末，提高了负极铅膏所用材料的分散性能，便于将各种材料分散后混合均匀，聚乙烯吡咯烷酮可增稠负极铅膏，从而便于更好的成型，石墨烯粉末和活性炭粉末配合，从而提高负极铅膏的导电性能。
Description
技术领域
本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，尤其涉及一种动力铅酸蓄电池负极铅膏及其制备方法。
背景技术
随着新能源时代的到来，电动车(包括混合动力和纯电动力)的发现日新月异，目前电动车的心脏，动力部分——电池，成为电动车行业发现关注的焦点，在锂电池的安全性和性价比没有得到有效解决和其他化学电源不能有效民用化的条件下，铅酸蓄电池成为用户最大，实用性最强的动力源，对于动力铅酸蓄电池的寿命也进行大量的研究，行业内多数企业从生产过程着手考虑控制极板质量来提高电池寿命，众所周知，寿命与容量是此消彼长的局面，如何在保证前期容量的情况下延长电池的寿命是需解决的问题，然而动力铅酸蓄电池的低温性能也是一个非常重要的技术指标，动力铅酸蓄电池低温性能随温度变化比较敏感，当温度越低，其影响越明显，在我国华北、西北、东北地区等大部分地区存在较长时间的低温季节，经大量的试验验证，动力铅酸蓄电池的低温性能主要取决于蓄电池负极配方，因此其负极配方的研究迫在眉睫。为此，我们提出一种动力铅酸蓄电池负极铅膏及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种动力铅酸蓄电池负极铅膏及其制备方法。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，所述负极铅膏按重量份数计包括铅粉100-110份、去离子水120-125份、阳离子聚丙烯酰胺1-3份、石墨烯粉末2-2.5 份、活性炭粉末3-5份、浓硫酸90-95份、竹炭纤维0.8-1份、聚四氟乙烯混合乳液6-7份、聚乙烯吡咯烷酮0.5-0.8份、改性二氧化硅粉末2-5份、硫酸钠1-1.5 份。
进一步的，所述竹炭纤维的纤维长度为3-5mm。
进一步的，所述浓硫酸为2.1g/cm3。
进一步的，所述改性二氧化硅粉末的制备方法为：将二氧化硅由研磨设备研磨成粒径为0.01-0.02mm的二氧化硅粉末，将二氧化硅粉末与APTS于 200-220℃的反应釜中反应，反应压力为0.5-0.6个大气压，所述二氧化硅粉末与APTS的质量比为5:1。
进一步的，所述聚四氟乙烯混合乳液的制备方法为：将导电石墨、CMC、粘结剂、聚四氟乙烯乳液按质量比1:1:1:10的比例在低温低压的条件下进行高速搅拌，搅拌后得到聚四氟乙烯混合乳液。
进一步的，所述聚四氟乙烯混合乳液的混合转速为1200-1250r/min，混合温度为30-35℃，混合压力为0.05-0.06个大气压。
本发明还提供了一种动力铅酸蓄电池负极铅膏的制备方法，所述制备方法如下：
1)按配方取阳离子聚丙烯酰胺、石墨烯粉末、活性炭粉末、竹炭纤维、聚乙烯吡咯烷酮、改性二氧化硅粉末、硫酸钠置于配料釜内，以1500r/min的转速进行搅拌30min后得到混合粉末并取出；
2)按配方取铅粉、浓硫酸和聚四氟乙烯混合乳液置于配料釜内，以 500-550r/min的转速进行低速搅拌60min后得到混合膏a；
3)将步骤1)所得的混合粉末分多次加入混合膏a内，并且边加边搅拌，将混合粉末完全加入配料釜中后继续搅拌20min后缓慢的向配料釜中加入去离子水，不断搅拌，调制得到负极铅膏。
进一步的，所述步骤3)中在加入混合粉末的过程中高速搅拌，搅拌转速为1600r/min，加入去离子水的过程中低速搅拌，搅拌转速为300r/min。
进一步的，所述步骤3)中所制得的负极铅膏的密度为5.1-5.4g/cm3。
进一步的，所述步骤3)中的配料釜中的温度为45℃，压力为0.9个大气压。
本发明通过在铅粉中加入聚四氟乙烯混合乳液，聚四氟乙烯混合乳液具有突出的耐热、耐寒及耐摩性，且不受温度与频率的影响，从而提高了负极铅膏的耐低温的性能，铅粉中加入改性二氧化硅粉末，提高了负极铅膏所用材料的分散性能，从而便于将各种材料分散后混合均匀，聚乙烯吡咯烷酮可增稠负极铅膏，从而便于更好的成型，石墨烯粉末和活性炭粉末配合，从而提高负极铅膏的导电性能，比能量高、大电流放电能力好，延长动力铅酸蓄电池的使用寿命。
具体实施方式
下面将结合实施例，来详细说明本发明。
实施例1
本实施例提供了一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，负极铅膏按重量份数计包括铅粉100份、去离子水120份、阳离子聚丙烯酰胺1份、石墨烯粉末2份、活性炭粉末3份、浓硫酸90份、竹炭纤维0.8份、聚四氟乙烯混合乳液6份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、改性二氧化硅粉末2份、硫酸钠1份。
通过在铅粉中加入聚四氟乙烯混合乳液，聚四氟乙烯混合乳液具有突出的耐热、耐寒及耐摩性，且不受温度与频率的影响，从而提高了负极铅膏的耐低温的性能，铅粉中加入改性二氧化硅粉末，提高了负极铅膏所用材料的分散性能，从而便于将各种材料分散后混合均匀，聚乙烯吡咯烷酮可增稠负极铅膏，从而便于更好的成型，不易脱落，石墨烯粉末和活性炭粉末配合，从而提高负极铅膏的导电性能，比能量高、大电流放电能力好，延长动力铅酸蓄电池的使用寿命。
竹炭纤维的纤维长度为5mm；浓硫酸为2.1g/cm3，采用5mm的短竹炭纤维，使负极铅膏不易脱落，从而延长了电池的使用寿命。
改性二氧化硅粉末的制备方法为：将二氧化硅由研磨设备研磨成粒径为 0.01mm的二氧化硅粉末，将二氧化硅粉末与APTS于200的反应釜中反应，反应压力为0.5个大气压，所述二氧化硅粉末与APTS的质量比为5:1；在无水的条件下APTS分子的乙氧基直接与二氧化硅表面的Si-OH发生缩醇反应，形成Si-O-Si键，从而提高了其的分散性能，提高负极铅膏的导电性能。
聚四氟乙烯混合乳液的制备方法为：将导电石墨、CMC、粘结剂、聚四氟乙烯乳液按质量比1:1:1:10的比例在低温低压的条件下进行高速搅拌，搅拌后得到聚四氟乙烯混合乳液；聚四氟乙烯混合乳液的添加，达到和浆不团聚，流动性好，质量稳定的效果，对提高电池的电压平台和大电流放电的性能有明显效果。
聚四氟乙烯混合乳液的混合转速为1200r/min，混合温度为30℃，混合压力为0.05个大气压；在低温低压的条件下，高速混合，可以快速混合导电石墨、 CMC、粘结剂、聚四氟乙烯乳液，且不影响其性能。
本发明还提供了一种动力铅酸蓄电池负极铅膏的制备方法，所述制备方法如下：
1)按配方取阳离子聚丙烯酰胺、石墨烯粉末、活性炭粉末、竹炭纤维、聚乙烯吡咯烷酮、改性二氧化硅粉末、硫酸钠置于配料釜内，以1500r/min的转速进行搅拌30min后得到混合粉末并取出；通过1500r/min的转速混合阳离子聚丙烯酰胺、石墨烯粉末、活性炭粉末、竹炭纤维、聚乙烯吡咯烷酮、改性二氧化硅粉末、硫酸钠，可以快速混合均匀得到混合粉末；
2)按配方取铅粉、浓硫酸和聚四氟乙烯混合乳液置于配料釜内，以 500r/min的转速进行低速搅拌60min后得到混合膏a；通过500r/min的转速进行低速搅拌，可以避免在搅拌的过程中产生气泡，从而影响负极铅膏的导向性能；
3)将步骤1)所得的混合粉末分多次加入混合膏a内，并且边加边搅拌，将混合粉末完全加入配料釜中后继续搅拌20min后缓慢的向配料釜中加入去离子水，不断搅拌，调制得到负极铅膏；通过控制去离子水的份数从而调节负极铅膏的密度，得到性能最佳的负极铅膏。
步骤3)中在加入混合粉末的过程中高速搅拌，搅拌转速为1600r/min，加入去离子水的过程中低速搅拌，搅拌转速为300r/min；在混入混合粉末的过程中采用高速搅拌可以使其快速与混合膏a混合均匀，在加入去离子水的过程中，低速搅拌，可以避免气泡产生。
步骤3)中所制得的负极铅膏的密度为5.1g/cm3。
步骤3)中的配料釜中的温度为45℃，压力为0.9个大气压。
实施例2
本实施例提供了一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，负极铅膏按重量份数计包括铅粉110份、去离子水125份、阳离子聚丙烯酰胺3份、石墨烯粉末2.5份、活性炭粉末5份、浓硫酸95份、竹炭纤维1份、聚四氟乙烯混合乳液7份、聚乙烯吡咯烷酮0.8份、改性二氧化硅粉末5份、硫酸钠1.5份。
通过在铅粉中加入聚四氟乙烯混合乳液，聚四氟乙烯混合乳液具有突出的耐热、耐寒及耐摩性，且不受温度与频率的影响，从而提高了负极铅膏的耐低温的性能，铅粉中加入改性二氧化硅粉末，提高了负极铅膏所用材料的分散性能，从而便于将各种材料分散后混合均匀，聚乙烯吡咯烷酮可增稠负极铅膏，从而便于更好的成型，不易脱落，石墨烯粉末和活性炭粉末配合，从而提高负极铅膏的导电性能，比能量高、大电流放电能力好，延长动力铅酸蓄电池的使用寿命。
竹炭纤维的纤维长度为3mm；浓硫酸为2.1g/cm3，采用3mm的短竹炭纤维，使负极铅膏不易脱落，从而延长了电池的使用寿命。
改性二氧化硅粉末的制备方法为：将二氧化硅由研磨设备研磨成粒径为 0.02mm的二氧化硅粉末，将二氧化硅粉末与APTS于220℃的反应釜中反应，反应压力为0.6个大气压，所述二氧化硅粉末与APTS的质量比为5:1；在无水的条件下APTS分子的乙氧基直接与二氧化硅表面的Si-OH发生缩醇反应，形成Si-O-Si键，从而提高了其的分散性能，提高负极铅膏的导电性能。
聚四氟乙烯混合乳液的制备方法为：将导电石墨、CMC、粘结剂、聚四氟乙烯乳液按质量比1:1:1:10的比例在低温低压的条件下进行高速搅拌，搅拌后得到聚四氟乙烯混合乳液；聚四氟乙烯混合乳液的添加，达到和浆不团聚，流动性好，质量稳定的效果，对提高电池的电压平台和大电流放电的性能有明显效果。
聚四氟乙烯混合乳液的混合转速为1250r/min，混合温度为35℃，混合压力为0.06个大气压；在低温低压的条件下，高速混合，可以快速混合导电石墨、 CMC、粘结剂、聚四氟乙烯乳液，且不影响其性能。
本发明还提供了一种动力铅酸蓄电池负极铅膏的制备方法，所述制备方法如下：
1)按配方取阳离子聚丙烯酰胺、石墨烯粉末、活性炭粉末、竹炭纤维、聚乙烯吡咯烷酮、改性二氧化硅粉末、硫酸钠置于配料釜内，以1500r/min的转速进行搅拌30min后得到混合粉末并取出；通过1500r/min的转速混合阳离子聚丙烯酰胺、石墨烯粉末、活性炭粉末、竹炭纤维、聚乙烯吡咯烷酮、改性二氧化硅粉末、硫酸钠，可以快速混合均匀得到混合粉末；
2)按配方取铅粉、浓硫酸和聚四氟乙烯混合乳液置于配料釜内，以 550r/min的转速进行低速搅拌60min后得到混合膏a；通过550r/min的转速进行低速搅拌，可以避免在搅拌的过程中产生气泡，从而影响负极铅膏的导向性能；
3)将步骤1)所得的混合粉末分多次加入混合膏a内，并且边加边搅拌，将混合粉末完全加入配料釜中后继续搅拌20min后缓慢的向配料釜中加入去离子水，不断搅拌，调制得到负极铅膏；通过控制去离子水的份数从而调节负极铅膏的密度，得到性能最佳的负极铅膏。
步骤3)中在加入混合粉末的过程中高速搅拌，搅拌转速为1600r/min，加入去离子水的过程中低速搅拌，搅拌转速为300r/min；在混入混合粉末的过程中采用高速搅拌可以使其快速与混合膏a混合均匀，在加入去离子水的过程中，低速搅拌，可以避免气泡产生。
步骤3)中所制得的负极铅膏的密度为5.4g/cm3。
步骤3)中的配料釜中的温度为45℃，压力为0.9个大气压。
实施例3
本实施例提供了一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，负极铅膏按重量份数计包括铅粉106份、去离子水122份、阳离子聚丙烯酰胺2.6份、石墨烯粉末2.4 份、活性炭粉末4份、浓硫酸92份、竹炭纤维0.9份、聚四氟乙烯混合乳液 6.3份、聚乙烯吡咯烷酮0.61份、改性二氧化硅粉末3.4份、硫酸钠1.35份。
通过在铅粉中加入聚四氟乙烯混合乳液，聚四氟乙烯混合乳液具有突出的耐热、耐寒及耐摩性，且不受温度与频率的影响，从而提高了负极铅膏的耐低温的性能，铅粉中加入改性二氧化硅粉末，提高了负极铅膏所用材料的分散性能，从而便于将各种材料分散后混合均匀，聚乙烯吡咯烷酮可增稠负极铅膏，从而便于更好的成型，不易脱落，石墨烯粉末和活性炭粉末配合，从而提高负极铅膏的导电性能，比能量高、大电流放电能力好，延长动力铅酸蓄电池的使用寿命。
竹炭纤维的纤维长度为3.5mm；浓硫酸为2.1g/cm3，采用3.5mm的短竹炭纤维，使负极铅膏不易脱落，从而延长了电池的使用寿命。
改性二氧化硅粉末的制备方法为：将二氧化硅由研磨设备研磨成粒径为 0.013mm的二氧化硅粉末，将二氧化硅粉末与APTS于210℃的反应釜中反应，反应压力为0.55个大气压，所述二氧化硅粉末与APTS的质量比为5:1；在无水的条件下APTS分子的乙氧基直接与二氧化硅表面的Si-OH发生缩醇反应，形成Si-O-Si键，从而提高了其的分散性能，提高负极铅膏的导电性能。
聚四氟乙烯混合乳液的制备方法为：将导电石墨、CMC、粘结剂、聚四氟乙烯乳液按质量比1:1:1:10的比例在低温低压的条件下进行高速搅拌，搅拌后得到聚四氟乙烯混合乳液；聚四氟乙烯混合乳液的添加，达到和浆不团聚，流动性好，质量稳定的效果，对提高电池的电压平台和大电流放电的性能有明显效果。
聚四氟乙烯混合乳液的混合转速为1230r/min，混合温度为33℃，混合压力为0.052个大气压；在低温低压的条件下，高速混合，可以快速混合导电石墨、CMC、粘结剂、聚四氟乙烯乳液，且不影响其性能。
本发明还提供了一种动力铅酸蓄电池负极铅膏的制备方法，所述制备方法如下：
1)按配方取阳离子聚丙烯酰胺、石墨烯粉末、活性炭粉末、竹炭纤维、聚乙烯吡咯烷酮、改性二氧化硅粉末、硫酸钠置于配料釜内，以1500r/min的转速进行搅拌30min后得到混合粉末并取出；通过1500r/min的转速混合阳离子聚丙烯酰胺、石墨烯粉末、活性炭粉末、竹炭纤维、聚乙烯吡咯烷酮、改性二氧化硅粉末、硫酸钠，可以快速混合均匀得到混合粉末；
2)按配方取铅粉、浓硫酸和聚四氟乙烯混合乳液置于配料釜内，以 535r/min的转速进行低速搅拌60min后得到混合膏a；通过535r/min的转速进行低速搅拌，可以避免在搅拌的过程中产生气泡，从而影响负极铅膏的导向性能；
3)将步骤1)所得的混合粉末分多次加入混合膏a内，并且边加边搅拌，将混合粉末完全加入配料釜中后继续搅拌20min后缓慢的向配料釜中加入去离子水，不断搅拌，调制得到负极铅膏；通过控制去离子水的份数从而调节负极铅膏的密度，得到性能最佳的负极铅膏。
步骤3)中在加入混合粉末的过程中高速搅拌，搅拌转速为1600r/min，加入去离子水的过程中低速搅拌，搅拌转速为300r/min；在混入混合粉末的过程中采用高速搅拌可以使其快速与混合膏a混合均匀，在加入去离子水的过程中，低速搅拌，可以避免气泡产生。
步骤3)中所制得的负极铅膏的密度为5.3g/cm3。
步骤3)中的配料釜中的温度为45℃，压力为0.9个大气压。
对由实施例1、实施例2和实施例3的负极铅膏制成的动力型铅酸蓄电池的性能指标进行测试，且与现有的动力型铅酸蓄电池进行比较，测试结果如下表所示：
由上表可知，用本发明的负极铅膏所制得的动力型铅酸蓄电池与现有的动力型铅酸蓄电池箱壁，其使用寿命具有明显的提高，且其耐低温的性能有极大的提高，导电性能，比能量高、大电流放电能力好均有所提高，且由实施例3 中的条件及配比所得到的负极铅膏的制成的动力型铅酸蓄电池的各项性能最佳。
以上显示和描述了本发明的基本原理、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。
Claims (10)
1.一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述负极铅膏按重量份数计包括铅粉100-110份、去离子水120-125份、阳离子聚丙烯酰胺1-3份、石墨烯粉末2-2.5份、活性炭粉末3-5份、浓硫酸90-95份、竹炭纤维0.8-1份、聚四氟乙烯混合乳液6-7份、聚乙烯吡咯烷酮0.5-0.8份、改性二氧化硅粉末2-5份、硫酸钠1-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述竹炭纤维的纤维长度为3-5mm。
3.根据权利要求1所述的一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述浓硫酸为2.1g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述改性二氧化硅粉末的制备方法为：将二氧化硅由研磨设备研磨成粒径为0.01-0.02mm的二氧化硅粉末，将二氧化硅粉末与APTS于200-220℃的反应釜中反应，反应压力为0.5-0.6个大气压，所述二氧化硅粉末与APTS的质量比为5:1。
5.根据权利要求1所述的一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述聚四氟乙烯混合乳液的制备方法为：将导电石墨、CMC、粘结剂、聚四氟乙烯乳液按质量比1:1:1:10的比例在低温低压的条件下进行高速搅拌，搅拌后得到聚四氟乙烯混合乳液。
6.根据权利要求5所述的一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述聚四氟乙烯混合乳液的混合转速为1200-1250r/min，混合温度为30-35℃，混合压力为0.05-0.06个大气压。
7.一种权利要求1-6任意所述的动力铅酸蓄电池负极铅膏的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
1)按配方取阳离子聚丙烯酰胺、石墨烯粉末、活性炭粉末、竹炭纤维、聚乙烯吡咯烷酮、改性二氧化硅粉末、硫酸钠置于配料釜内，以1500r/min的转速进行搅拌30min后得到混合粉末并取出；
2)按配方取铅粉、浓硫酸和聚四氟乙烯混合乳液置于配料釜内，以500-550r/min的转速进行低速搅拌60min后得到混合膏a；
3)将步骤1)所得的混合粉末分多次加入混合膏a内，并且边加边搅拌，将混合粉末完全加入配料釜中后继续搅拌20min后缓慢的向配料釜中加入去离子水，不断搅拌，调制得到负极铅膏。
8.根据权利要求7所述的一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述步骤3)中在加入混合粉末的过程中高速搅拌，搅拌转速为1600r/min，加入去离子水的过程中低速搅拌，搅拌转速为300r/min。
9.根据权利要求8所述的一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述步骤3)中所制得的负极铅膏的密度为5.1-5.4g/cm3。
10.根据权利要求9所述的一种动力铅酸蓄电池负极铅膏，其特征在于：所述步骤3)中的配料釜中的温度为45℃，压力为0.9个大气压。
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