CN1971977A - 电动助力车铅酸蓄电池和膏工艺 - Google Patents

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Abstract

一种电动助力车用铅酸蓄电池和膏工艺，属于铅酸蓄电池制作方法。其特征在于和膏时添加专用的悬浮液：在正极使用的悬浮液中，添加了纳米级二氧化硅和胶体石墨；在负极使用的悬浮液中添加了乙炔黑。悬浮液的添加介于加入纯水5分种后与加入硫酸之前。采用这种和膏工艺的电池，在不改变电池结构和循环寿命的前提下，化成后正极极板的二氧化铅含量在85％以上，25℃的环境下，36v10Ah电池组以5A放电至31.5v的额定放电时间在150分钟以上，重量比能量达到36.40wh/Kg以上，比现有同类型铅酸蓄电池有显著进步。

Description

电动助力车铅酸蓄电池和膏工艺
技术领域
本发明涉及一种电动助力车用铅酸蓄电池的和膏工艺，属于铅酸蓄电池制作方法。
背景技术
随着电动助力车产销量的不断扩大，电动助力车用铅酸蓄电池的需求量日益增加。人们期待着作为动力来源的电池，重量越轻越好而容量越大越好，对电动助力车用电池的重量比能量提出了越来越高的要求。以12v10Ah电池为例，当前市场的这种型号电动助力车用铅酸蓄电池产品，一般重量为(4.2～4.3)Kg/只，重量比能量局限在(27.84～28.56)Wh/Kg。
许多企业通过减薄电池板栅、从而增加电池单格中的极板装配片数来提高电池的活性物质利用率。但是增加单格中极板装配片数后，由于作为导电骨架的板栅在电池中占据的重量比相应增加，电池的重量比能量很难有提高，而且电动车用电池设计上本身为薄极板装配，受到板栅减薄后机械强度不足的限制，进一步减薄板栅的可能性非常有限。减薄板栅后，同一个电池的加工功效被降低，由于板栅强度下降，制造过程中极板的报废率也很高。另一些企业通过在和膏过程中，增加铅膏中硫酸的含量来提高电池的初容量，以达到较高的重量比能量，但是由于铅膏中过高的酸含量，导致正极活性物质更容易软化脱落，负极活性物质更容易盐化失去活性，电池的循环寿命大幅度下降。如何在不影响其他性能的前提下，提高电动助力车用电池的重量比能量，对节约国家资源投入和消费者个人投入，减少环境污染，都具有现实意义，是各个蓄电池生产厂家十分关注的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在不改变电池结构和循环寿命的前提下，提高电动助力车用铅酸蓄电池重量比能量的和膏工艺。
本发明的技术方案是：以铅粉为主要原料，先后加入添加剂、纯水、硫酸制成铅膏，改进之处是和膏过程中加入悬浮液并混合均匀，对每100kg铅粉的原料，加入3～4L悬浮液，所述悬浮液的配比是：
正极悬浮液：去离子水100kg，纳米二氧化硅9.5～10.5kg，胶体石墨5～10kg，60％的聚四氟乙烯乳液9.5～10.5kg；
负极悬浮液：去离子水100kg，乙炔黑4.5～5.5kg，木素5～6kg，碳黑14.5～15.5kg。
上述和膏过程中悬浮液的加入介于加入纯水并搅拌5分钟之后与加入硫酸之前。
以上方案中，加入的胶体石墨、纳米二氧化硅和乙炔黑具有极高的分散性，便于尽可能均匀的分布到铅膏当中。胶体石墨为耐氧化导电碳素材料，有效地改善电池正极活性物质的导电性能；纳米二氧化硅在硫酸溶液中转化为硅胶，在电池化学反应的过程中起到对H+离子的络合一释放作用，同时形成的部分原硅酸被溶解进入溶液后，在铅膏中留下的微观孔隙增大了电池正极的反应表面。通过胶体石墨和纳米二氧化硅的均匀加入，改善了电池正极的电化学性能，提高了电池正极的比能量。高分散性的乙炔黑加入负极以后，可以起到膨胀剂的作用，进一步提高负极铅膏的真实比表面积。由于乙炔黑基本不溶解，因此在电池的反应过程中，不会迁移产生出其他的负作用，而且乙炔黑对铅的氧化起到催化作用，能够更好地促进负极中铅在极板固化过程中的氧化，提高负极的活性物质利用率。选择在加入纯水5分钟以后并在加入硫酸之前投入正负极悬浮液，是由于一方面此时铅膏已经经过纯水充分的湿润并混合均匀，不会发生铅粉局部完全吸收悬浮液导致添加物局部聚集的问题；另一方面，防止加入硫酸后，铅膏中将形成碱式硫酸铅的结晶，添加的悬浮液成分难以进入结晶内部。
具体实施方式
下面以电动助力车最常用的6-DZM-10电池为例，具体介绍提高电动助力车用铅酸蓄电池重量比能量的和膏工艺。
首先，制备悬浮液：取去离子水100kg、纳米二氧化硅10kg、胶体石墨8kg、60％的聚四氟乙烯乳液10kg，混合搅拌制成正极悬浮液；再取去离子水100kg、乙炔黑5kg、木素5.5kg、碳黑15kg，混合搅拌制成负极悬浮液。接着，和制正负极铅膏：按下表称取铅粉、纯水、硫酸和相关添加剂，按常规和膏工艺和制正负极铅膏：
    原料   正极铅膏配比量   负极铅膏配比量
    铅粉     100Kg     100Kg
    红丹     12.5Kg     0
    短纤维     0.07Kg     0.07Kg
    纯水     6.5升     6.5升
    硫酸(1.4g/ml)     7.2升     7升
    硫酸钡     0     0.7Kg
    木素     0     0.1Kg
    腐殖酸     0     0.3Kg
    碳黑     0     0.3Kg
    调节水     0～4L     0～4L
在和膏过程中加入纯水并搅拌5分钟之后与加入硫酸之前，分别将正、负极悬浮液3.5L投入和制中的正、负极铅膏。控制正极铅膏的视比重为(4.35～4.45)g/ml，控制负极铅膏的视比重为(4.45～4.55)g/ml。
下面按照电池制造方法将制成的铅膏制作极板并组装成6-DZM-10电池48只，通过检测对比，进一步说明本发明的效果。在电池中注入1.235g/ml，25℃的分析纯硫酸溶液(内含硫酸钠18g/L)，单格注酸量为128ml，然后以三阶段充电制式化成。化成所用的设备为450v15A高频大功率电源。化成结束后，按照电池容量检测的终止电压和电池的开路电压进行配组。每3只电池组成一组36v系列的电池组，可配16组。取其中3只电池解剖，分析正极极板中的二氧化铅含量。实际检测结果为：其中极板上部含量为88.3％，中部为87.2％，下部为86％，检测数据表明电池的化成效率较高且上下化成效果比较均匀。对玻璃纤维隔板中的硫酸浓度以容量滴定法分析，检测结果为1.352g/ml，25℃。
将剩余的15组电池放在25℃±2℃的环境中，以恒电流5A放电至整组终止电压31.5v为止，电池的放电时间全部在150分钟以上，重量比能量大于36.40Wh/Kg，比正常电池放电时间延长约10～12分钟，且电池组之间的容量比较接近。
具体容量检测结果如下：
组号    放电时间(min)   放电容量(Ah)   电池重量(Kg)    重量比能量(Wh/Kg) 组号   放电时间(min)   放电容量(Ah)   电池重量(Kg)    重量比能量(Wh/Kg)
    1     152   12.67   4.22     36.03     9   156   13.00   4.24     36.79
    2     154   12.83   4.23     36.40     10   155   12.92   4.22     36.74
    3     154   12.83   4.21     36.57     11   153   12.75   4.20     36.43
    4     151   12.58   4.23     35.69     12   152   12.67   4.20     36.20
    5     155   12.92   4.24     36.57     13   157   13.08   4.23     37.11
    6     155   12.92   4.22     36.74     14   151   12.58   4.21     35.86
    7     153   12.75   4.21     36.34     15   154   12.83   4.22     36.48
    8     157   13.08   4.24     37.02
从上述电池中，取2组电池与正常电池平行比较，在25℃±2℃的环境中，以15A放电24min，然后以10A恒电流充电45min，这样构成一次快速循环，往复进行。当电池组放电电压低于31.5v时，快速循环寿命结束，两组电池实际检测快速循环寿命分别为282次和290次，正常电池实际检测快速循环寿命分别为255次和257次。
从上述的电池中，另外取4组试验电池在25℃±2℃的环境中与两组正常电池，以恒电流5A放电至电池组终压31.5v，然后以恒电压44.4v、限流1.8A充电10h，构成一次100％DOD(100％放电深度)寿命循环。当电池组的放电时间低于84min时，判断为循环寿命终止。4组试验电池100％DOD(100％放电深度)循环寿命分别进行了371次、366次、372次、377次；正常电池分别为350次和341次。

Claims (2)

1、一种电动助力车铅酸蓄电池和膏工艺，以铅粉为主要原料，先后加入添加剂、纯水、硫酸制成铅膏，其特征是和膏过程中加入悬浮液并混合均匀，对每100kg铅粉的原料，加入3～4L悬浮液，所述悬浮液的配比是：
正极悬浮液：去离子水100kg，纳米二氧化硅9.5～10.5kg，胶体石墨5～10kg，60％的聚四氟乙烯乳液9.5～10.5kg；
负极悬浮液：去离子水100kg，乙炔黑4.5～5.5kg，木素5～6kg，碳黑14.5～15.5kg。
2、按权利要求1所述的电动助力车铅酸蓄电池和膏工艺，其特征是和膏过程中悬浮液的加入介于加入纯水并搅拌5分钟之后与加入硫酸之前。
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