一种用β-一氧化铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铅酸蓄电池领域,尤其涉及一种用β-—氧化铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏。
【背景技术】
[0002]铅酸蓄电池(Lead-acid battery)于1859年由法国人普兰特(Plante)发明,其主要由正极板、负极板、电解液、隔板、电解槽、电池盖、极柱等组成。其正极的主要活性成分是二氧化铅,负极的主要活性成分是铅,电解液是硫酸溶液。其放电时涉及的化学反应如下:
放电正极:Pb〇2 + 4H+ + SO42— + 2e— = 2PbS(k + 2H20;
放电负极:Pb + SO42— - 2e— = PbS04;
铅酸蓄电池的制造工艺包括准备合金铸板栅、铅粉和膏、涂片、固化干燥、分片打磨、组装焊接、合盖密封。因为其电压稳定,且价格便宜,被广泛应用到电动车上,以及作为汽车的启动电源。虽然铅酸蓄电池的应用非常广泛,但是性能方面还有待提高,其主要原因是电池的正极容易提前失效导致整个电池性能下降。而对正极影响最大的还是正极铅膏的配方,铅膏的配方可以影响电池的容量、寿命、以及其它性能。一般在配方中,铅粉量一定时,增加水和酸的量能提高活性物质的性能,但是会降低活性物质的活性强度。目前大多数铅蓄电池生产厂的铅膏配方都采用铅粉、导电剂、粘合剂和纤维的物料组分,增加配方中的导电剂、粘合剂和纤维的含量可以提高电池的初期性能,但是导致活性物质附着强度降低,电池的使用寿命降低。中国专利公开号CN102931379A公开了一种动力型铅酸蓄电池正极板,其中采用了碳纤维粉末喷压层可以在充放电过程中确保正极板的结构前度不变,大大提高了正极板栅的抗蠕变能力,延缓了正极板栅长大的进程,使正极板上的活性物质与正极板栅小格之间的结合力不会受到破坏,防止了正极板铅粉的脱落而导致电池失效,从而大大提高了电池的使用寿命。在正极板的活性物质表面喷压碳纤维粉末的方法简单,同时在表面的碳纤维是惰性材料不会参与反应,保证其强度不发生变化。
[0003]正极上的活性物质二氧化铅以两种不同的晶体结构存在,它们分别是α-二氧化铅和二氧化铅。在这两种结构中,α-二氧化铅往往比β-二氧化铅具有更大的晶体尺寸,提供较小的表面积,晶体结构前度高;而二氧化铅具有较小的晶体尺寸,提供较大的表面积,具有较高的活性。在蓄电池中,α-二氧化铅的较大晶体尺寸和较小表面积往往会降低蓄电池初始容量,但提供较长的寿命;相比之下,二氧化铅的较小晶体尺寸和较大表面积往往会提供较高的蓄电池初始容量,但蓄电池寿命较短。在使用的过程中,二氧化铅会转化为β-二氧化铅。美国专利公开号US4064035A公开了一种新型的二氧化铅电极,其中由一层大于0.1mm厚的α-二氧化铅内层和一层0.2-1.0_厚的β-二氧化铅外层组成;该发面巧妙地利用了二氧化铅不同晶型的不同特性,使电极具有优异的抗冲击、抗化学腐蚀、导电性能。同时欧洲专利公开号ΕΡ0089842Α2公开了一种铅酸蓄电池及其正极,其中采用了粒径在50nm左右的β-二氧化铅作为活性材料,用石墨作为导电材料,粘结剂采用了惰性的PTFE;该发明缩短了电池初始电荷,同时提高了正极电容。
[0004]但是目前公开的技术中大多都直接采用了混杂的二氧化铅作为活性物质,而实际生产过程中采用球磨粉和巴顿份是将铅磨成铅粉和一氧化铅作为铅膏的原料,在充电过程中正极(阳极)的铅和一氧化铅氧化为二氧化铅;但是因为这是混合物且其颗粒分布不均匀在充放电过程中与二氧化铅的转化速率也是不一致的,导致蓄电池的容量和效率降低。中国专利公开号CN1758464A公开了一种铅酸蓄电池脚踢极板及其制造工艺,其正极板的配方是一氧化铅粉1001^、硫酸7-101^、纤维0.08-0.2kg、石墨0.2-0.5kg、二氧化娃0.1-0.5kg、CMC水溶液0.14-lkg、水7-10kg;该发明解决了传统铅酸蓄电池电极工艺中孔率低、吸酸和保持酸液能力弱、容量低等问题。另一中国专利公开号CN101937997A公开了一种高能铅酸蓄电池负极板铅膏及其制作方法,该铅膏包括铅粉、纯水、分析纯硫酸和辅料,其中铅粉中含一氧化铅65%-70%,辅料中有纳米硫酸钡、改性木素磺酸钠、单宁、聚酯短纤维、炭黑、聚α-烯烃基础油;该发明解决了辅料和铅粉在混合过程中不均匀而导致活性物质利用率低的问题。美国专利公开号US9118065B2公开了一种用无纺玻璃纤维垫的氧化铅电池板,其包括了铅合金电极隔板、一氧化铅组分铅膏和无纺玻璃纤维垫;该发明制备的铅酸蓄电池具有较高的能量和功率密度,同时提高了电池的充放电周期。但是以上的发明都没有考虑到一氧化铅粉有多种晶型,而且在不同的粒径下用不同晶型的一氧化铅的氧化还原电位是不一样的,其制作的铅蓄电池充放电、电容量等性能会有差异,这些差异最终导致电池整体的容量、效率和寿命降低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了在使用等量的铅粉下提高电池的容量和效率,提供了一种用单一的β-—氧化铅作为铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏。
[0006]为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种用—氧化铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏,所述的正极铅膏包括如下重量份数的原料:铅料100,去离子水11-20、硫酸3-5、石墨0.1-1、短纤维0.05-0.15,所述的铅料为β-一氧化铅。铅酸蓄电池的一般配方都含有铅料、水、硫酸、石墨和纤维。其中铅粉是电机的活性物质,在充放电的过程中参与氧化还原反应;水和硫酸是和膏用的浆料,在反应过程中可以形成硫酸铅的溶液;石墨是作为导电剂使用的;纤维的目的是加强电极表面的铅膏的强度,延长电极使用寿命。一般的铅粉中有金属铅、α_ 二氧化铅、β_ 二氧化铅、α-—氧化铅、β-一氧化铅等不同的成分。因为这些不同成分的铅粉在活化和参与电池的氧化还原反应的速率是不同的,所以最后得到的电池的效率会是一种混合的活性物质的综合效率,没有达到最优效果。—氧化铅可以通过一种简单的方法制得,工艺简单、成本低。铅膏圆料采用100%的β-—氧化铅可以确保在活性物质的成分上是单一的,其氧化还原速率也是单一可控的,最终的电池产品的活化效果和充放电效果都得到了明显的提高。
[0007]作为优选,所述的短纤维的长度为2_3mm。在该长度下短纤维的强度会得到保证,同时又不会引起电极表面的粗糙不平,活性物质分布不均匀,电池充放电效果差。
[0008]作为优选,所述的石墨的比表面积为10-50m2/g。为了保证石墨具有较高的吸附能力,吸附足够的活性物质,同时保证石墨的导电性较高,必须使用比表面积10-50m2/g的石墨,同时可以通过预处理方法增加石墨的比表面积。
[0009]作为优选,所述的正极铅膏还包括三氧化二锑重量份数为2-3。三氧化二锑加入适当的量可以避免电极无锑效应引起的铅膏活性材料和电极板之间的接触不良,可以促进电池的导电性;过量的三氧化二锑会引起铅膏的导电性降低,且降低其中活性物质的活性。
[0010]作为优选,所述的正极铅膏还包括二氧化锡重量份数为0.06-0.1,所述的二氧化锡的粒径为1-5微米。氧化锡颗粒在电极表面构建导电网络,增强了电极的导电性,同时也强化了活性物质在电极表面的强度,增加了电极的使用寿命。同时如果氧化锡的颗粒粒径过大容易导致活性物质在电极表面分布不均匀,电池的充放电效果下降。
[0011]作为优选,所述的β-—氧化铅的粒径为1-4微米。如果β-—氧化铅的颗粒过大,活性物质在电极表面的分布就会不均匀,同时在和膏的时候铅粉不容易分散,在活化的时候深入到颗粒内部的活化时间较长,最后电极表面的活性物质混不均匀。所以采用粒径为1-4微米的—氧化铅可以在简单的工艺下完全活化铅粉,电池的效率达到最优化。
[0012]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:用相同质量的铅粉所得到的电池的容量提尚、效率提尚,同时电池的导电性能得到了提尚,电池的寿命延长,同时制造铅霄的工艺成本降低。
【具体实施方式】
[0013]为了方便本领域的技术人员更容易理解本发明的内容,下面结合实施例对本发明作进一步解释。
[0014]实施例1:
一种用—氧化铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏采用如下配方的原料:—氧化铅10(^,去离子水118、硫酸38、石墨0.58、短纤维0.18;短纤维的长度为2毫米左右;石墨的比表面积为30m2/g左右;β-—氧化铅的粒径为4微米左右。
[0015]该方案制得的铅膏初次充电容量提高,使用相同质量的铅粉电池整体效率提高。
[0016]实施例2:
一种用—氧化铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏采用如下配方的原料:—氧化铅10(^,去离子水158、硫酸48、石墨0.68、短纤维0.12;短纤维的长度为2.5毫米左右;石墨的比表面积为30m2/g左右;β-—氧化铅的粒径为3微米左右;同时正极铅膏还添加了三氧化二锑重量为2.5g。
[0017]该方案制得的铅膏初次充电容量提高,使用相同质量的铅粉电池整体效率提高,同时电池的导电性能提高。
[0018]实施例3:
一种用—氧化铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏采用如下配方的原料:—氧化铅100g,去离子水20g、硫酸4g、石墨0.8g、短纤维0.lg;短纤维的长度为3毫米左右;石墨的比表面积在30m2/g左右;β-—氧化铅的粒径为1微米左右;同时正极铅膏还添加了三氧化二锑重量为2g和二氧化锡重量为0.08g,该二氧化锡的粒径为1-5微米。
[0019]该方案制得的铅膏初次充电容量提高,使用相同质量的铅粉电池整体效率提高,同时电池的导电性能和使用寿命提高。
【主权项】
1.一种用β-—氧化铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏,所述的正极铅膏包括如下重量份数的原料:铅料100,去离子水11-20、硫酸3-5、石墨0.1-1、短纤维0.05-0.15,其特征在于,所述的铅料为—氧化铅。2.如权利要求1所述的用β_—氧化铅制备的铅酸蓄电池正极铅膏,其特征在于,所述的短纤维的长度为2-3mm。3.如权利要求1所述的用β_—氧化铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏,其特征在于,所述的石墨的比表面积为10-50m2/g。4.如权利要求1所述的用β_—氧化铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏,其特征在于,所述的正极铅膏还包括三氧化二锑重量份数为2-3。5.如权利要求1所述的用β_—氧化铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏,其特征在于,所述的正极铅膏还包括二氧化锡重量份数为0.06-0.1,所述的二氧化锡的粒径为1-5微米。6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的用β-—氧化铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏,其特征在于,所述的β-—氧化铅的粒径为1-4微米。
【专利摘要】一种用β-一氧化铅粉制备的铅酸蓄电池正极铅膏,所述的正极铅膏包括如下重量份数的原料:铅料100,去离子水11-20、硫酸3-5、石墨0.1-1、短纤维0.05-0.15,其特征在于,所述的铅料为β-一氧化铅,所述的原料还添加三氧化二锑和二氧化锡。该发明用相同质量的铅粉所得到的电池的容量提高、效率提高,同时电池的导电性能得到了提高,电池的寿命延长,同时制造铅膏的工艺成本降低。
【IPC分类】H01M4/57, H01M10/06
【公开号】CN105489888
【申请号】CN201510851096
【发明人】张凯, 李伟伟
【申请人】超威电源有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月30日