CN1790796A - 泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池及制备方法 - Google Patents

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Abstract

泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池及制备方法，它涉及一种铅酸电池及制备方法。它解决了现有卷绕铅酸电池质量大，比容量、比能量和比功率较低，活性物质与集流体的结合不牢固，活性物质利用率低的问题。泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池主要包括围绕芯轴(4)的正极(7)、以泡沫铅负极板栅为集流体的负极(5)和在正极(7)与负极(5)之间的AGM隔板(6)。其制备方法：(一)和膏；(二)预处理；(三)涂膏；(四)卷绕；(五)固化；(六)组装；(七)化成，即得到泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池。本发明具有电池质量小，比容量、比能量高，活性物质与集流体的结合牢固，活性物质利用率高的优点。

Description

泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池及制备方法
技术领域
本发明涉及一种铅酸电池及制备方法。
背景技术
铅酸电池具有成本低廉，使用可靠，原材料来源丰富等优点，但比容量和比功率低、循环使用寿命短、快速充电能力差的缺陷限制了其在电动车和电动自行车领域的发展。为此人们开始研究卷绕阀控铅酸电池，20世纪60年代末美国GATES公司率先开发出卷绕式铅酸蓄电池，并由瑞典OPTIMA公司推向市场。美国BOLDER公司开发的卷绕式铅酸蓄电池技术被称为TMF专利技术(Thin Metal Film)，它通过增加极板面积，减小极板之间的距离，提高了电池高倍率放电性能。美国EXIDE公司推出了采用螺旋卷状电极的圆筒式汽车起动用新型VRLA(阀控式密封)电池，称为Orbital Select，电池结构和傲铁马电池相同。这种电池中活性物质用机械挤压到薄板栅上，允许有大的压缩比，属AGM(玻璃纤维吸附式隔板)式的VRLA电池，具有深放电特性，80％DOD时的深循环寿命可达500次以上，比功率可达到400W/kg。但目前已有的铅酸电池仍然无法满足高性能铅酸电池的要求，存在质量大，比容量、比能量和比功率低，活性物质与集流体的结合不牢固，活性物质利用率低的缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有卷绕铅酸电池质量大，比容量、比能量和比功率较低，活性物质与集流体的结合不牢固，活性物质利用率低的问题，而提供的一种泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池及制备方法。泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池包括电池盖、正极端子、极耳、芯轴、外圆卡具、电池壳、栅网状底托、排气阀、负极端子，它还包括围绕芯轴的正极、以泡沫铅负极板栅为集流体的负极和在正极与负极之间的AGM隔板。泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池的制备方法通过以下步骤实现：(一)和膏：制备涂覆正极板栅的正极铅膏和涂覆泡沫铅负极板栅的负极铅膏；(二)预处理：将泡沫铅负极板栅用压片机压薄至0.6～1.1mm，再将压薄的泡沫铅负极板栅和正极板栅裁剪成相同尺寸，并将压薄的泡沫铅负极板栅置于160～180℃的真空干燥箱内处理1.8～2.2h；(三)涂膏：将正极铅膏均匀涂于正极板栅制成正极，负极铅膏均匀涂于真空干燥后的泡沫铅负极板栅制成泡沫铅负极；(四)卷绕：将正极、泡沫铅负极之间用AGM隔板隔开，再用卷绕机将正极、泡沫铅负极和AGM隔板围绕芯轴一同卷紧放入圆形电池壳中，形成初电池；(五)固化：初电池在湿度95±2％，温度75±5℃的条件下反应24±1h，再逐渐调低固化室的湿度和温度，并在40±5℃的条件下干燥12±1h；(六)组装：将剩余其它部件组装到初电池上；(七)化成：采用恒流限压三次充电方式化成，即得到泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池。
本发明具有电池质量小，比容量、比能量高、活性物质与集流体的结合牢固，活性物质利用率高，安全性好，可快速充电，自放电速率小，瞬时输出功率高，低温性能好的优点。其中泡沫铅负极板栅的质量比相同尺寸的铅箔负极板栅的质量轻了39％；泡沫铅负极的质量比铅箔负极的质量轻了17％；泡沫铅负极板栅的真实表面积是铸造负极板栅的37倍，增加了板栅与活性物质的接触面积，减少了内阻，活性物质利用率提高了4～9个百分点；泡沫铅板栅负极与铅箔板栅负极相比比能量提高了26％～43％，比容量提高了26％～43％。
附图说明
图1是泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池与铅箔负极板栅卷绕铅酸电池10h率放电电压曲线图，曲线A为铅箔负极板栅卷绕铅酸电池10h率放电电压曲线，曲线B为泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池10h率放电电压曲线；图2是泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池与铅箔负极板栅卷绕铅酸电池5h率放电电压曲线图，曲线C为铅箔负极板栅卷绕铅酸电池5h率放电电压曲线，曲线D为泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池5h率放电电压曲线；图3是泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池与铅箔负极板栅卷绕铅酸电池2h率放电电压曲线图，曲线E为铅箔负极板栅卷绕铅酸电池2h率放电电压曲线，曲线F为泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池2h率放电电压曲线。图4是泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图4说明本实施方式，本实施方式中泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池包括电池盖1、正极端子2、极耳3、芯轴4、外圆卡具8、电池壳9、栅网状底托10、排气阀11、负极端子12，它还包括围绕芯轴4的正极7、以泡沫铅负极板栅为集流体的负极5和在正极7与负极5之间的AGM隔板6。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：正极7是涂有正极铅膏的正极铅箔板栅或正极铅布板栅。
具体实施方式三：本实施方式通过以下步骤实现泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池的制备：(一)和膏：制备涂覆正极板栅的正极铅膏和涂覆泡沫铅负极板栅的负极铅膏；(二)预处理：将泡沫铅负极板栅用压片机压薄至0.6～1.1mm，再将压薄的泡沫铅负极板栅和正极板栅裁剪成相同尺寸，并将压薄的泡沫铅负极板栅置于160～180℃的真空干燥箱内处理1.8～2.2h；(三)涂膏：将正极铅膏均匀涂于正极板栅制成正极，负极铅膏均匀涂于真空干燥后的泡沫铅负极板栅制成泡沫铅负极；(四)卷绕：将正极、泡沫铅负极之间用AGM隔板隔开，再用卷绕机将正极、泡沫铅负极和AGM隔板围绕芯轴一同卷紧放入圆形电池壳中，形成初电池；(五)固化：初电池在湿度95±2％，温度75±5℃的条件下反应24±1h，再逐渐调低固化室的湿度和温度，并在40±5℃的条件下干燥12±1h；(六)组装：将剩余其它部件组装到初电池上；(七)化成：采用恒流限压三次充电方式化成，即得到泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池。
本实施方式步骤(二)中将压薄的泡沫铅负极板栅置于160～180℃的真空干燥箱内处理1.8～2.2h的目的在于使泡沫铅负极板栅变软。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤(一)中正极板栅涂覆的正极铅膏由1000g铅粉、110～120mL密度为1.1g/cm3的硫酸、70～80mL去离子水和成；泡沫铅负极板栅涂覆的负极铅膏由1000g铅粉、115mL密度为1.1g/cm3的硫酸、75mL去离子水、4g腐植酸、8.5g硫酸钡和成。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：正极板栅为正极铅箔板栅或正极铅布板栅。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：铅箔板栅、铅布板栅的厚度均为0.3～1.0mm。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤(七)恒流限压三次充电方式化成中三次充电电流依次为0.1C10A、0.05C10A、0.025C10A，电压三次均充至2.5V。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五或六的不同点是：正极铅箔、铅布板栅的厚度均为0.5～0.8mm。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三或四的不同点是：步骤(一)中正极板栅涂覆的正极铅膏由1000g铅粉、115mL密度为1.1g/cm3的硫酸、75mL去离子水和成。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤(二)预处理：将泡沫铅负极板栅用压片机压薄至1.0mm，再将压薄的泡沫铅负极板栅和正极板栅裁剪成相同尺寸，并将压薄的泡沫铅负极板栅置于170℃的真空干燥箱内处理2h。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤(五)固化：初电池在湿度95％，温度75℃的条件下反应24h，再逐渐调低固化室的湿度和温度，并在40℃的条件下干燥12h。
具体实施方式十二：本实施方式对板栅尺寸相同的泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池和普通铅箔负极板栅卷绕铅酸电池进行比较。
A、对板栅和负极的质量进行比较，涂膏前泡沫铅负极板栅重22g，铅箔负极板栅重36g；涂膏后泡沫铅负极重67g，铅箔负极重81g。
比较结果表明相同尺寸时泡沫铅负极板栅的质量比铅箔负极板栅的质量轻了39％；泡沫铅负极的质量比铅箔负极的质量轻了17％。
B、对板栅真实表面积和α、γ值进行比较，泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池的泡沫铅负极板栅真实表面积为164.67cm2，α＝0.328，γ＝0.273；铅箔负极板栅卷绕铅酸电池的铅箔负极板栅真实表面积为4.44cm2，α＝0.444，γ＝10.135。[α＝涂膏前板栅的质量/(涂膏前板栅的质量+负极活性物质的质量)，α值越小表明活性物质的质量比重越高；γ＝负极活性物质的质量/板栅的真实表面积，γ值越小越有利于提高活性物质的利用率]
比较结果表明泡沫铅负极板栅的真实表面积是铅箔负极板栅的37倍，增加了板栅与活性物质的接触面积；泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池中活性物质的质量和活性物质的利用率均高于普通铅箔负极板栅卷绕铅酸电池。
C、在正极过量，负极限容的情况下对这两种电池进行比容量和比能量的比较，比较结果如表1所示。
表1
  率放电   泡沫铅板栅负极   铅箔板栅负极
比容量(Ah/kg) 比能量(Wh/kg) 比容量(Ah/kg) 比能量(Wh/kg)
  I10   73.70   147.40   58.56   117.12
  Is   64.72   129.44   49.78   99.56
  Is   54.46   108.92   38.10   76.20
从表1可知泡沫铅负极与铅箔负极相比比能量提高了26％～43％，比容量提高了26％43％。
D、分别在10h、5h、2h率放电的情况下对这两种电池进行电压的比较，10h率放电电压曲线如图1所示，5h率放电电压曲线如图2所示，2h率放电电压曲线如图3所示。
从图1、图2、图3的比较结果可知泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池在不同放电倍率下比容量和比能量均优于普通铅箔负极板栅卷绕铅酸电池；放电电流越大，泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池的放电性能越为优异。
E、对活性物质利用率进行比较，比较结果如表2所示。
表2
率放电   泡沫铅板栅负极   铅箔板栅负极
  负极活性物质利用率％   负极活性物质利用率％
  Is   50.10   46.57
  Is   44.93   36.67
比较结果表明泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池比普通铅箔负极板栅卷绕铅酸电池的活性物质利用率提高了4～9个百分点。

Claims (7)

1、泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池，它包括电池盖(1)、正极端子(2)、极耳(3)、芯轴(4)、外圆卡具(8)、电池壳(9)、栅网状底托(10)、排气阀(11)、负极端子(12)，其特征是泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池还包括围绕芯轴(4)的正极(7)、以泡沫铅负极板栅为集流体的负极(5)和在正极(7)与负极(5)之间的AGM隔板(6)。
2、根据权利要求1所述的泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池，其特征在于正极(7)是涂有正极铅膏的正极铅箔板栅或正极铅布板栅。
3、泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池的制备方法，其特征在于按下述步骤进行泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池的制备：(一)和膏：制备涂覆正极板栅的正极铅膏和涂覆泡沫铅负极板栅的负极铅膏；(二)预处理：将泡沫铅负极板栅用压片机压薄至0.6～1.1mm，再将压薄的泡沫铅负极板栅和正极板栅裁剪成相同尺寸，并将压薄的泡沫铅负极板栅置于160～180℃的真空干燥箱内处理1.8～2.2h；(三)涂膏：将正极铅膏均匀涂于正极板栅制成正极，负极铅膏均匀涂于真空干燥后的泡沫铅负极板栅制成泡沫铅负极；(四)卷绕：将正极、泡沫铅负极之间用AGM隔板隔开，再用卷绕机将正极、泡沫铅负极和AGM隔板围绕芯轴一同卷紧放入圆形电池壳中，形成初电池；(五)固化：初电池在湿度95±2％，温度75±5℃的条件下反应24±1h，再逐渐调低固化室的湿度和温度，并在40±5℃的条件下干燥12±1h；(六)组装：将剩余其它部件组装到初电池上；(七)化成：采用恒流限压三次充电方式化成，即得到泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池。
4、根据权利要求3所述的泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池的制备方法，其特征在于步骤(一)中正极板栅涂覆的正极铅膏由1000g铅粉、110～120mL密度为1.1g/cm3的硫酸、70～80mL去离子水和成；泡沫铅负极板栅涂覆的负极铅膏由1000g铅粉、115mL密度为1.1g/cm3的硫酸、75mL去离子水、4g腐植酸、8.5g硫酸钡和成。
5、根据权利要求3所述的泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池的制备方法，其特征在于正极板栅为正极铅箔板栅或正极铅布板栅。
6、根据权利要求5所述的泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池的制备方法，其特征在于铅箔板栅、铅布板栅的厚度均为0.3～1.0mm。
7、根据权利要求3所述的泡沫铅负极板栅卷绕铅酸电池的制备方法，其特征在于步骤(七)恒流限压三次充电方式化成中三次充电电流依次为0.1C10A、0.05C10A、0.025C10A，电压三次均充至2.5V。
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