CN1858927A - 电动助力车用铅酸蓄电池负极铅膏及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种电动助力车用铅酸蓄电池负极铅膏及制备方法，属蓄电池技术领域，用于解决提高电池负极活性物质利用率、延长其使用寿命的问题。其技术方案是，所述铅膏固体原料由下述重量单位的物质组成：铅粉100、硫酸钡0.5～0.7、木素磺酸钠0.14～0.16、炭黑0.4～0.6、纤维0.06～0.07，其中，1.4％≥木素磺酸钠中水不溶物含量≥1.0％、杂质总量≤1.0。本发明通过反复试验，精选负极添加剂，并给出了负极添加剂中重要组成物所含物质准确的参数值。经对比试验表明，采用本发明配方的蓄电池与其它常用的负极铅膏配方蓄电池相比，不仅获得较好的低温性能，并可明显提高蓄电池的循环寿命。
Description
技术领域
本发明型涉及一种蓄电池材料及制备方法，特别是用于电动助力车的铅酸蓄电池负极铅膏及制备方法，属蓄电池技术领域。
背景技术
基于城市交通拥挤、道路堵塞问题的日渐凸现，电动助力车越来越受到城镇居民的青睐，随之，对电动助力车的核心部件蓄电池的要求也越来越高。电动助力车所使用的牵引型密封阀控铅酸蓄电池是铅酸蓄电池中的高端产品，随着近10多年的使用和研究的深入，其使用性能、稳定性、寿命特性都有了长足的发展，应用领域逐步扩大。作为牵引用阀控密封铅酸蓄电池同一般富液式铅酸蓄电池的共同点是：双硫酸盐化理论的基本工作原理相同。区别是：1.阀控电池要在较低的充电电压下工作；2.为减少析气失水，基于氧循环原理，阀控密封电池采用贫液式设计(电解液吸附在AGM隔板或胶体中)；3.由于电解液量少，电池必须使用较高的电解液密度(≥1.300g/cm3)。
目前，从消费者的使用要求上看，电动助力车的铅酸蓄电池使用寿命短，易失效是其存在的主要问题。研究表明，铅酸蓄电池的功率密度和能量密度较低，一方面是因铅及其化合物的密度较大，另一方面是由于其活性物质的利用率低，而在上述因素中负极材料对电池性能影响最为显著，因此，业内人士一直试图对负极添加剂进行技术和产品的改良，以期提高其利用率和延长电池寿命。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是克服上述已有技术之缺陷而提供一种电动助力车用铅酸蓄电池负极铅膏及制备方法，从而提高负极活性物质利用率、改善负极活性物质的导电性、延长其使用寿命。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种电动助力车用铅酸蓄电池负极板铅膏，其特别之处是：所述铅膏的固体原料由下述重量单位的物质组成：铅粉100、硫酸钡0.5～0.7、木素磺酸钠0.14～0.16、炭黑0.4～0.6、纤维0.06～0.07，其中，1.4％≥木素磺酸钠中水不溶物含量≥1.0％、杂质总量≤1.0。
上述电动助力车用铅酸蓄电池负极板铅膏，所述木素磺酸钠PH值为7.0～8.5。
上述电动助力车用铅酸蓄电池负极板铅膏，所述铅粉中PbO含量为75-85％。
上述电动助力车用铅酸蓄电池负极板铅膏的制备方法，它按如下工序进行：
a.配料：按上述铅膏固体原料配比称取各原料；
b.干混：将上述铅膏固体原料放入和膏机内干混；
c.湿混：加入原料重量12～14％的纯净水搅拌均匀；
d.淋酸：边搅拌边以喷淋状加入原料重量6～8％、液密度为的1.40g/cm3的硫酸，和膏温度小于65℃，出膏温度低于45℃。
本发明针对电动助力车牵引用阀控密封电池在较低的充电电压下运行，仍需具有优良的充电接受性能和长寿命的要求而设计。它通过反复试验，精选负极添加剂，并给出了负极添加剂中重要组成物所含物质确定的指标值。经对比试验表明，采用本发明负极铅膏制作的电动助力车牵引用阀控密封铅酸蓄电池与其它常用负极铅膏配方蓄电池相比不仅获得较好的低温性能，并可明显提高蓄电池的循环寿命。此外，采用本发明的配方还可以避免和膏中铅膏容易发稀的现象，具有较好的工艺性能。
具体实施方式
本发明根据电动助力车牵引用阀控密封电池在较低的充电电压下运行，仍需具有优良的充电接受性能和长寿命的要求，精选负极配方，并给出配方中各组分的含量、及重要组成物木素磺酸钠中所含物质的指标值。其核心技术是严格按照配方选用符合要求的木素黄酸纳，控制木素磺酸钠中水不溶物和杂质含量及其它各组分的添加比例。参看下表，普通木素磺酸钠和本发明所用木素磺酸钠的技术指标的差异。
| 序号 | 技术指标名称 | 指标要求 | |
| 普通 | 本发明 | ||
| 1 | 水分(％) | ≤7.0 | ≤6.0 |
| 2 | 粗细度(过80目筛) | 0 | 0 |
| 3 | PH值(1％的水溶液测定) | 8.0～9.5 | 7.0～8.5 |
| 4 | 水不溶物(％) | ≤0.4 | ≥1.0％ |
| 5 | 总还原物(％) | ≤3.0 | ≤0.5 |
| 6 | 总钙镁含量(％) | ≤3.0 | ≤0.5 |
| 7 | 硫酸盐量(％) | ≤7.0 | - |
由表中可看出：本发明选用的木素磺酸钠杂质(总还原物、总钙镁、硫酸盐)含量明显低于普通木素磺酸钠；水不溶物也大大高于普通木素磺酸钠，这是保证了蓄电池的较长循环使用寿命、良好的充电接受能力及较好的低温性能的主要因素。水不溶物较高时可减少了添加剂的流失，因为在充放电过程中溶解的有机物会随离子的迁移，迁移至正极而被氧化，从而造成膨胀剂失效。膨胀剂失效后，降低了活性物质的比表面积，改变了负极形貌，使电极紧结收缩，从而降低充电效率，使电极容量下降，寿命终止。
此外，PH较低木素磺酸钠，其分子中的羧基较高，而高的羧基有利于改善电极容量和降低自放电。
采用本发明配方还显示出和膏时具有较好的工艺性能，避免或减少因控制不当铅膏发稀使电池早期容量衰退现象。
本发明负极添加剂中硫酸钡的基本功能是在放电中为硫酸铅沉淀提供场所，从而抑制了放电过程中海绵状金属铅的钝化，硫酸钡对寿命周期的影响是非常明显的，通过试验得知随硫酸钡逐渐升高至一定值，寿命周期也随之增加，超过这个比例寿命周期便不再有变化；碳黑是一种很好的导电体，因此可以用来改善负极活性材料的传导性，而且可以帮助负极板的构成，在深放电过程中，由于阻抗较高的硫酸铅的浓度较高，加入碳黑可以改善活性物质在此过程的导电性。基于上述原理，本发明负极配方确定了硫酸钡、碳黑的最佳添加比例。
下表是采用本发明铅膏制作的电动助力车用阀控密封铅酸蓄电池与其它两种常用配方蓄电池技术指标的对比(以10Ah电池为例)：
| 序号 | 检验项目 | 试验方法(参照JB/T10262-2001) | 单位 | 采用本发明负极铅膏的电动助力车牵引用阀控密封铅酸蓄电池 | 直接采用一般密封免维护铅酸蓄电池铅膏工艺制作的阀控电池 | 采用腐殖酸代替木素磺酸钠铅膏的电动助力车牵引用阀控密封铅酸蓄电池 |
| 1 | 容量 | 蓄电池完全充电后在温度为25±2℃环境中静置1～4小时，然后以5A电流放电至9.60V，容量≥10Ah | Ah | 11.85 | 10.95 | 10.75 |
| 2 | -10℃容量 | 将完全充电的电池，在-10±1℃环境中至少保持10小时，然后以5A电流放电至单体蓄电池平均电压达1.60时终止，容量≥0.70C2 | Ah | 10.101 | 9.78 | 9.86 |
| 3 | 大电流放电特性 | 15A放电终止8.4，时间不低于5min | min | 31.83 | - | - |
| 4 | 过放电特性 | 蓄电池完全充电后，在温度为25±5℃的环境中，以放电初期电流为12C2±1.2C210％的定阻抗连续放电21d.然后以单体蓄电池平均电压2..5V，最大电流不得大于0.72I2(A)电流充电24h..，进行容量试验，其容量不低于75％C2 | ％ | 113 | 110 | 113 |
| 5 | 过充电特性 | 蓄电池完全充电后，在温度为25±2℃的环境中，以0.24I2(A)电流连续充电48h，检测外观是否正常，然后进行容量试验，其实际容量不低于95％C2 | ％ | 106(+)无异常 | - | - |
| 7 | 循环寿命 | 蓄电池完全充电后，在25±5℃的环境中，以5(A)电流放电1.40h，然后蓄电池以恒压16.00V限流1.5A充电5.60h.以上为一个循环寿命次数。当放电1.40h，蓄电池单体平均电压连续3次低于1.60V时，认为循环寿命终止，此三次循环不计入循环次数内。所有容量试验均计入循环次数。其循环次数不应低于350次。 | 次 | 410 | 60 | 180 |
| 8 | 密闭反应效率 | 蓄电池完全充电后，在温度15～35℃的环境中，以1.0A电流连续充电48小时，然后在以0.5A电流连续充电29小时，从改电流第25小时起开始收集气体5小时，按以下公式计算密封反应效率：V＝P/101.3×298/(t+273)×V/Q×N/n，密封反应效率不应低于90％。 | ％ | 99 | 98 | 99 |
由表中数据可以看出，采用本发明制作的电动助力车牵引用阀控密封铅酸蓄电池与其它两种配方电池相比不仅具有较好的低温性能，而且明显提高蓄电池的循环寿命。
以下提供几个具体实例：
实施例1：将100KgPbO含量为76％～80％的铅粉加入和膏机中，同时加入0.07Kg纤维、0.6Kg硫酸钡、0.15Kg木素磺酸钠、0.5Kg炭黑，其中，木素磺酸钠中水不溶物含量为1.0％、杂质总量≤1.0、PH值为7.0～8.5。将上述物料搅拌均匀，然后快速加入12公斤纯净水，混和均匀后，淋入密度为：1.400g/cm3(25℃)的硫酸溶液5L(7公斤)。和膏过程中控制和膏温度小于65℃、出膏温度低于45℃。
实施例2：将100KgPbO含量为76％～80％的铅粉加入和膏机中，同时加入0.07Kg纤维、0.5Kg硫酸钡、0.16Kg木素磺酸钠、0.4Kg炭黑，其中，木素磺酸钠中水不溶物含量为1.4％、杂质总量≤1.0、PH值为7.0～8.0。将上述物料搅拌均匀，然后快速加入14公斤纯净水，混和均匀后，淋入密度为：1.400g/m3(25℃)的硫酸溶液5L。和膏过程中控制和膏温度小于65℃、出膏温度低于45℃。
实施例3：将100KgPbO含量为76％～80％的铅粉加入和膏机中，同时加入0.07Kg纤维、0.7Kg硫酸钡、0.14Kg木素磺酸钠、0.6Kg炭黑，其中，木素磺酸钠中水不溶物含量≥1.0％、杂质总量≤1.0、PH值为7.0～8.5。将上述物料搅拌均匀，然后快速加入13公斤纯净水，混和均匀后，淋入密度为：1.400g/cm3(25℃)的硫酸溶液5L。和膏过程中控制和膏温度小于65℃、出膏温度低于45℃。
使用上述配方生产的负极铅膏涂于板栅上按生极板制造工艺进行制造，正生板可采用摩托车起动用阀控式密封电池正极铅膏及极板制造工艺制造。
经极板化成、干燥、分板、组装后组成电动助力车牵引用密封阀控蓄电池。
Claims (4)
1.一种电动助力车用铅酸蓄电池负极板铅膏，其特征在于：所述铅膏的固体原料由下述重量单位的物质组成：铅粉100、硫酸钡0.5～0.7、木素磺酸钠0.14～0.16、炭黑0.4～0.6、纤维0.06～0.07，其中，1.4％≥木素磺酸钠中水不溶物含量≥1.0％、杂质总量≤1.0。
2.根据权利要求1所述的电动助力车用铅酸蓄电池负极板铅膏，其特征在于：所述木素磺酸钠PH值为7.0～8.5。
3.根据权利要求2所述的电动助力车用铅酸蓄电池负极板铅膏，其特征在于：所述铅粉中PbO含量为75-85％。
4.根据权利要求1或2或3所述电动助力车用铅酸蓄电池负极板铅膏的制备方法，其特征在于，它按如下工序进行：
a.配料：按上述铅膏固体原料配比称取各原料；
b.干混：将上述铅膏固体原料放入和膏机内干混；
c.湿混：加入原料重量12～14％的纯净水搅拌均匀；
d.淋酸：边搅拌边以喷淋状加入原料重量6～8％液密度为的1.40g/cm3的硫酸，和膏温度小于65℃，出膏温度低于45℃。
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