CN1967912A - 电动助力车用铅蓄电池的极板和电解液 - Google Patents

电动助力车用铅蓄电池的极板和电解液 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电动助力车用铅蓄电池的极板。其中正极铅膏由铅粉、硫酸、净化水、高纯石墨粉、聚四氟乙烯、短纤维和硫酸亚锡组成；负极铅膏由铅粉、硫酸、净化水、高纯腐植酸、木素、硫酸钡、乙炔黑以及短纤维组成；正、负板栅由铅钙铝锡合金组成。该铅膏配方使电池容量和寿命大幅提高，而板栅的合金配方不但耐腐，同时还提高了析氢过电位，有效地防止由于水的分解而使电解液干涸。本发明同时还提供了一种电动助力车用铅蓄电池的电解液，即在电解液硫酸中加入0.8％(wt)的无水硫酸钠，减少了由于活性物质的膨胀和收缩而在极板表面或四周产生晶枝导致短路，同时还提高了电池的开路电压。

Description

电动助力车用铅蓄电池的极板和电解液
技术领域
本发明涉及铅蓄电池的极板和电解液，尤其涉及电动助力车用铅蓄电池的极板和电解液，属于工业用蓄电池技术领域。
背景技术
极板是铅蓄电池的心脏，它关系到电池性能和使用寿命，而极板又是由板栅和铅膏(生极板)组成的。
传统的铅膏主要为硫酸铅(PbSO4)、氧化铅(PbO)和游离铅。经过化成后转化为活性物质，即正极铅膏氧化生成二氧化铅(PbO2)，负极铅膏还原生成铅(Pb)。由于二氧化铅(PbO2)电阻大，电荷接受能力差，放电时由于浓差极化等因素的影响，活性物质利用率低。而负极铅膏充电时硫酸铅(PbSO4)发生还原反应生成海绵状纯铅(Pb)时，负极板的体积收缩近一倍，收缩越大，孔率越小，活性物质的利用率越低，因此减少负极板的收缩也是当前迫切需要解决的问题。
板栅的作用是支撑、导电、分布电流，它也是影响电池寿命的关键因素，传统铅蓄电池多采用铅锑合金，该合金能增加板栅强度，而且在板栅铸造时易成型，但也存在如下缺点：(1)铅锑合金不耐腐蚀，当被腐蚀后板栅起不到支撑作用，使活性物质脱离，造成短路，寿命早期终止；(2)析氢过电位低，充电时电压升到大于13.2V/单只，即开始大量分解水而造成电液干涸，因此用含锑合金做板栅且锑含量比较高时，电池使用中要经常加水维护，所以不能做成免维护电池；(3)水的分解造成大量酸雾污染环境；(4)含锑板栅在使用中由于锑的迁移又造成自放电，影响使用。
铅蓄电池的电解液一般为硫酸溶液，电解液是电池的重要组成部分，其不仅起到导电作用，而且还参与成流反应。传统的铅蓄电池只是根据其不同的用途而采用不同密度的电解液，不加任何元素。而极板在电池充放电过程中，由于体积的收缩和膨胀，会使得极板活性物质产生晶枝而短路。因此需要改善电解液的配方，防止活性物质产生晶枝。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动助力车用铅蓄电池的极板，克服传统铅蓄电池极板中存在的问题。
本发明的另一目的在于提供一种电动助力车用铅蓄电池的电解液配方，防止极板活性物质产生晶枝。
为了解决活性物质利用率低的问题，本发明提供了一种优选的铅膏配方，该种铅膏经化成转化为活性物质后，可以大幅提高电池容量和寿命，铅膏的组成如下：
正极铅膏                      单位：kg
铅粉：                        100
硫酸(d：1.4g/cm3，25℃)：    4.5
净化水(＞1兆欧)：             12
石墨粉(高纯)：                0.15
聚四氟乙烯：                  0.08
短纤维：                      0.12
硫酸亚锡(分析纯)：            0.12
负极铅膏                      单位：kg
铅粉：                        100
硫酸(d：1.4g/cm3，25℃)：    4
净化水(＞1兆欧)：             11
腐植酸(高纯)：                0.14
木素                          0.14
硫酸钡：                      0.60
乙炔黑：                      0.18
短纤维：                      0.12
在上述正极铅膏中加入了和二氧化铅(PbO2)晶核相近的硫酸亚锡及其它元素，形成结晶核心，提高了电极孔率和利用率；同时由于二氧化铅(PbO2)电阻大，又加入了导电剂高纯石墨粉，增加了导电性，提高了电荷接受能力。而为了防止负极板的收缩，本发明采用了加入腐植酸、木素、硫酸钡和乙炔黑等膨胀剂的方法，具有该组成的负极铅膏可以有效的改善收缩，增大孔率，同时不会使膨胀加剧，造成负极脱落。
在本发明中，同时还提供了一种板栅的最佳合金配方，该板栅不但耐腐，同时还提高了电池氢析过电位，防止由于水的分解使电液干涸，正板栅和负板栅的组成如下：
正板栅                        百分含量(％)
电解铅(99.994％)：            余量
钙：                          0.08～0.10
铝：                          0.015～0.02
锡：                          0.8～1.0
负极栅                        百分含量(％)
电解铅(99.994％)              余量
钙：                          0.10～0.12
铝                            0.015～0.02
锡：                          0.15～0.2
板栅采用铅钙铝锡合金，铅仍然是基础材料，用钙取代锑，既保证了板栅的强度，并克服了锑的缺点；由于板栅铸造需高温，钙是活泼金属易氧化烧损，因此在材料中加入铝，防止钙的氧化和烧损；锡能提高板栅的延展性，并且适量的锡能够增加板栅的耐腐蚀能力。
本发明中，在电解液硫酸中加入0.8％(wt)的无水硫酸钠，钠盐的加入不但防止活性物质产生晶枝，而且还提高了端电压，提高了电池容量。其具体组成如下：
电解液                             单位：kg
硫酸(d：1.4g/cm3，25℃)：         100
无水硫酸钠                         0.8
具体实施方式
下面通过具体实施例的方式进一步说明本发明，并不因此将本发明局限在所述的实施例范围之内。
实施例1
铅蓄电池的极板，包括正负极铅膏和正负板栅，以及电解液的组成为：
正极铅膏                           单位：kg
铅粉：                             100
硫酸(d：1.4g/cm3，25℃)：         4.5
净化水(＞1兆欧)：                  12
石墨粉(高纯)：                     0.15
聚四氟乙烯：                       0.08
短纤维：                           0.12
硫酸亚锡(分析纯)：                 0.12
负极铅膏                           单位：kg
铅粉：                             100
硫酸(d：1.4g/cm3，25℃)：         4
净化水(＞1兆欧)：                  11
腐植酸(高纯)：                     0.14
木素：                             0.14
硫酸钡：                           0.60
乙炔黑：                           0.18
短纤维：                           0.12
正板栅                             百分含量(％)
电解铅(99.994％)：                 余量
钙：                               0.08～0.10
铝：                               0.015～0.02
锡：                               0.8～1.0
负极栅                             百分含量(％)
电解铅(99.994％)                   余量
钙：                          0.10～0.12
铝：                          0.015～0.02
锡：                          0.15～0.2
电解液                        单位：kg
硫酸(d：1.4g/cm3，25℃)：    100
无水硫酸钠                    0.8
该铅膏配方使电池容量和寿命大幅提高，而板栅的合金配方不但耐腐，同时还提高了析氢过电位，有效地防止由于水的分解而使电解液干涸，在电解液硫酸中加入无水硫酸钠，减少了由于活性物质的膨胀和收缩而在极板表面或四周产生晶枝导致短路，同时还提高了电池的开路电压。上述优化的铅膏配方、板栅配方和电解液配方以及独特的加工工艺(已另行申请专利)造就了高品质电池，其-10℃容量、过放电、电池寿命均超过国家标准，其检测数据分别为：
 检测项目名称   技术标准JB/T-10262-2001  检测结果  超过国家标准％  备注
 -10℃容量   -10±1℃、5A放电，单只电池9.6v终止＞7Ah  9.10Ah  30  三只电池平均值
 过放电试验   定阻抗连续放电21天2小率容放电＞7.5Ah  11.76Ah  57  三只电池平均值
 循环寿命   5A放电1.4h，1.5A充电5.6为一次循环＞350次  500～550次  52

Claims (7)

1.一种电动助力车用铅蓄电池的极板，由铅膏(生极板)和板栅组成，其特征在于，正极铅膏由铅粉、硫酸、净化水、高纯石墨粉、聚四氟乙烯、短纤维和硫酸亚锡组成；负极铅膏由铅粉、硫酸、净化水、高纯腐植酸、木素、硫酸钡、乙炔黑以及短纤维组成；正、负板栅由铅钙铝锡合金组成。
2.根据权利要求1所述的电动助力车用铅蓄电池的极板，其特征在于，正极铅膏各组成部分的含量为：
正极铅膏                          单位：kg
铅粉：                            100
硫酸(d：1.4g/cm3，25℃)：        4.5
净化水(＞1兆欧)：                 12
石墨粉(高纯)：                    0.15
聚四氟乙烯：                      0.08
短纤维：                          0.12
硫酸亚锡(分析纯)：                0.12
3.根据权利要求1所述的电动助力车用铅蓄电池的极板，其特征在于，负极铅膏各组成部分的含量为：
负极铅膏                          单位：kg
铅粉：                            100
硫酸(d：1.4g/cm3，25℃)：        4
净化水(＞1兆欧)：                 11
腐植酸(高纯)：                    0.14
木素：                            0.14
硫酸钡：                          0.60
乙炔黑：                          0.18
短纤维：                          0.12
4.根据权利要求1所述的电动助力车用铅蓄电池的极板，其特征在于，正板栅的铅钙铝锡合金各组成部分的含量为：
正板栅                       百分含量(％)
电解铅(99.994％)：           余量
钙：                         0.08～0.10
铝：                         0.015～0.02
锡：                         0.8～1.0
5.根据权利要求1所述的电动助力车用铅蓄电池的极板，其特征在于，负板栅的铅钙铝锡合金各组成部分的含量为：
负极栅                        百分含量(％)
电解铅(99.994％)              余量
钙：                          0.10～0.12
铝：                          0.015～0.02
锡：                          0.15～0.2
6.一种电动助力车用铅蓄电池的电解液，其特征在于，在电解液硫酸中加入钠盐。
7.根据权利要求6所述的电动助力车用铅蓄电池的电解液，其特征在于，所述的钠盐为无水硫酸钠，其所加入量为0.8％(wt)。
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