CN103779557B - 一种电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏及其制备方法 - Google Patents

一种电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏及其制备方法，其包括正极铅膏和负极铅膏：正极铅膏中各成分的重量份数比为：铅粉950～970份、浓度为1.3～1.4g/cm3硫酸80～86份、纯水110～125份、胶体石墨3.0～4.0份、红丹30～50份、硫酸亚锡1.0～1.5份、硫酸钠0.5～1.0份；短纤维0.7～0.9份；负极铅膏中各成分的重量份数比为：铅粉1000份、浓度为1.3～1.4g/cm3硫酸75～81份、纯水105～120份、短纤维0.6～0.8份、硫酸钡6.0～7.0份、挪威木素1.0～1.5份、腐殖酸4.0～5.0份、乙炔黑3.0～5.0份、半炭化木屑1.0～1.5份；提高电池低温时的充电接受性能和增加放电容量，具备适于低温环境下使用的特点。特别是我国的东北、西北部地区。

Description

一种电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种蓄电池材料及其制备方法，具体涉及一种电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏及其制备方法。
背景技术
目前电动助力车用铅酸蓄电池的低温性能不佳，一般只能达到或略超过国标规定：－15℃的低温容量达到0.7C2，而目前，国内低温性能较好的电池，能达到：－20℃的低温容量达到0.75C2；但其充电接收性能就相对较差，一般仅略为超过国标规定值：Ica/I0≥2（Ica为充电接收电流，I0为放电电流：0.1C2），一般能达到：2.0～2.3。不能满足低温－20℃以下的环境使用要求，特别是我国的东北、西北部地区，冬天有的能达到－30℃。因此，在我国寒冷的北方地区则普遍存在电动助力车的电池充不足电（充电接受性能差）和行程路程短（放电容量低）的现象。
目前国内提高铅酸蓄电池低温放电性能的常用方法有：1、减薄电极，提高了电极比表面积，但是生产控制质量成本高、效率低下；2、在电解液中添加导电性好的硫酸盐，提高了电池电极导电能力，但只是提高了前期的低温容量，不能持续保持；3、降低电解液浓度，但造成蓄电池容量普遍偏低；4、增加负极投料，提高了负极电极能力，但是成本过高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏及其制备方法，提高电池低温时的充电接受性能和增加放电容量，具备适于低温环境下使用的特点。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏，其包括正极铅膏和负极铅膏：
所述正极铅膏中各成分的重量份数比为：铅粉950～970份、浓度为1.3～1.4g/cm3硫酸80～86份、纯水110～125份、胶体石墨3.0～4.0份、红丹30～50份、硫酸亚锡1.0～1.5份、硫酸钠0.5～1.0份；短纤维0.7～0.9份；
所述负极铅膏中各成分的重量份数比为：铅粉1000份、浓度为1.3～1.4g/cm3硫酸75～81份、纯水105～120份、短纤维0.6～0.8份、硫酸钡6.0～7.0份、挪威木素1.0～1.5份、腐殖酸4.0～5.0份、乙炔黑3.0～5.0份、半炭化木屑1.0～1.5份；
所述负极铅膏中含有膨胀剂，负极铅膏中铅粉与膨胀剂的质量体积比为1000：8.0～12.0（Kg/L）。
作为本发明进一步的改进，所述膨胀剂由以下方法制备：向80-100℃的10.0～12.0L热硫酸中加入2.0～3.0Kg棉花，搅拌，半碳化成黄棕色浆，降温制的。
作为本发明进一步的改进，所述正极铅膏视密度4.35－4.50g/cm3，所述负极铅膏视密度4.45－4.60g/cm3。
本发明另一方面提供了一种上述电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）配料
1.1按上述正极铅膏的各成分配比称取各原料；
1.2按上述负极铅膏的各成分配比称取各原料；
（2）干混
2.1将步骤1.1中正极铅膏的固体料：铅粉、短纤维、红丹、胶体石墨、硫酸亚锡和硫酸钠加入合膏剂中进行搅拌混匀；
2.2将步骤1.2中负极铅膏的固体料：铅粉、短纤维、硫酸钡、挪威木素、腐殖酸和半碳化木屑和乙炔黑合膏剂中进行搅拌混匀；
（3）湿混
3.1向步骤2.1所得到的混合料中加入纯水，搅拌；
3.2向步骤2.2所得到的混合料先中加入膨胀剂，再加入纯水，搅拌；
（4）加酸
4.1向步骤3.1加纯水后的合膏机中加入硫酸，进行合膏，检测合格后出膏；
4.2向步骤3.2加纯水后的合膏机中加入硫酸，进行合膏，检测合格后出膏。
进一步的，所述步骤4.1和4.2中合膏温度≤62℃。
进一步的，所述步骤4.1和4.2中的出膏温度≤50℃。
进一步的，还包括步骤3.2中所述的膨胀剂的制备步骤：
a铅皮桶内加入硫酸10.0～12.0L（15℃时密度1.40±0.05g/cm3）；
b加热铅皮桶，使硫酸的温度保持在80～100℃之间；
c在10分钟内将棉花2.0～3.0Kg放入铅皮桶内，不停搅拌，待棉花全部半炭化呈黄棕色浆状时，停止加热；
d降温至30℃以下。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：
本发明的负极板中加入膨胀剂，可以使负极板在形成纯铅时，让其附着在膨胀剂上而抑制负极板“收缩”和“钝化”，提高负极板的放电容量和使用寿命。
本发明的负极板铅膏配方相对于其它电动车阀控密封铅蓄电池而言主要优势有：
木素、腐植酸都是为提高电池低温性能的，就是避免负极板上硫酸铅钝化层的形成，而阻止负极负铅活性物的进一步反应而降低容量。木素量越大，低温放电性能越好，但电池的充电接受能力下降，会使电池寿命短，而腐植酸提高低温性能效果有限，达不到北方－30℃使用要求，但可提高电池充电接受能力，提高低温放电的寿命。本发明是采用木素、腐植酸的特别配比，使电池低温放电容量提升较大，同时，提高了电池充电接受性能，其寿命不低于常规电池。
半炭化木屑的使用，使其具有木素的效果，同时，因有炭，可增加负板孔率和导电性能，充电性能也有相应提高。
特制膨胀剂的加入，更进一步提高了电池的低温性能，同时，在电池起到扩散剂作用，增大负板孔率，而提高放电容量。
乙炔黑的加入，保证了负极板的孔率，便于酸液向极板内部扩散，提高了活性物质利用率；另外，防止海绵状铅收缩，增加活性物质的导电性，减少极板内阻，从而提高电池的初期容量，得到较好的充电接受能力。
硫酸钡主要是在放电时产物硫酸铅提供晶核作用，起到防止负极活性物质海绵状铅“收缩”和“钝化”作用。
正极板铅膏配方中加入红丹、胶体石墨，提高极板活性物质的导电性，便于电池的充放电性能，使其易于充电并能提高电池的使用寿命。
本发明的正负极板配方制成的电动车用铅酸蓄电池，低温放电性能大幅度提高，－30℃的低温容量达到额定值的75%；充电接收性能仍能达到：2.5～3.0。（国标规定值：Ica/I0≥2（Ica为充电接收电流，I0为放电电流：0.1C2），满足低温环境下电池能正常使用，特别是我国的东北、西北部地区。
具体实施方式
在本发明中，铅膏的配方设计如表1
在本发明中的铅膏制备工艺具体程序见表2：
表2铅膏合制工艺
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步详细的说明。
实施例1膨胀剂的制备
(1)向铅皮桶内加入硫酸12.0L（15℃时密度1.40±0.05g/cm3），铅皮桶采用蒸汽加热方式。
(2)打开铅皮桶上加热用蒸汽的阀门，加热硫酸至80℃时，调节蒸汽阀门，使硫酸的温度保持在80～100℃之间。
(3)在10分钟内将棉花（纯净的无籽棉）3.0Kg放入铅皮桶内，同时，用塑料棒不停搅拌，待棉花全部半炭化呈黄棕色浆状时(不能炭化发黑)，关闭蒸汽阀门。
(4)膨胀剂温度降至不高于室温5℃时才能使用。配制好的膨胀剂贮存期不得超过3天。
实施例2电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏及其制备方法
电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏，其包括正极铅膏和负极铅膏：
正极铅膏中各成分的重量份数比为：铅粉960Kg、浓度为1.3～1.4g/cm3硫酸80Kg、纯水110Kg、胶体石墨4.0Kg、红丹50Kg、硫酸亚锡1.0Kg、硫酸钠0.5Kg；短纤维0.9Kg；
负极铅膏中各成分的重量份数比为：铅粉1000Kg、浓度为1.3～1.4g/cm3硫酸75Kg、纯水105Kg、短纤维0.6Kg、硫酸钡7.0Kg、挪威木素1.0Kg、腐殖酸5.0Kg、乙炔黑3.0Kg、半炭化木屑1.5K、实施例1中膨化剂8L。
（1）配料
1.1按上述正极铅膏的各成分配比称取各原料；
1.2按上述负极铅膏的各成分配比称取各原料；
（2）干混
2.1将步骤1.1中正极铅膏的固体料：铅粉、短纤维、红丹、胶体石墨、硫酸亚锡和硫酸钠加入合膏机中进行搅拌混匀，混匀时间6min。
2.2将步骤1.2中负极铅膏的固体料：铅粉、短纤维、硫酸钡、挪威木素、腐殖酸和半碳化木屑和乙炔黑加入合膏机中进行搅拌混匀，混匀时间6min。
（3）湿混
3.1向步骤2.1所得到的混合料中加入纯水，加入量搅拌，搅拌7min。
3.2向步骤2.2所得到的混合料先中加入膨胀剂，再加入纯水，搅拌7min。
（4）加酸
4.1向步骤3.1加纯水后的合膏机中加入硫酸，进行合膏，合膏温度不高于62℃，检测合格铅膏视密度为4.4g/cm3后出膏，出膏温度为45℃。
4.2向步骤3.2加纯水后的合膏机中加入硫酸，进行合膏，合膏温度不高于62℃，检测合格铅膏视密度为4.45g/cm3后出膏，出膏温度为45℃。
所得，正极铅膏和负极铅膏可塑性满足：手捏成团无龟裂，适合填途。铅膏外观符合：铅膏无色差，表面无大颗粒，正铅膏颜色发黄，比较软；负铅膏颜色发绿，比较硬。铅膏水含量正极铅膏≥10.2%，负极铅膏≥9.2%。
实施例3电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏及其制备方法
电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏，其包括正极铅膏和负极铅膏：
正极铅膏中各成分的重量份数比为：铅粉950Kg、浓度为1.4g/cm3硫酸80Kg、纯水110Kg、胶体石墨3.0Kg、红丹50Kg、硫酸亚锡1.5Kg、硫酸钠1.0Kg；短纤维0.7Kg；
负极铅膏中各成分的重量份数比为：铅粉1000Kg、浓度为1.4g/cm3硫酸75Kg、纯水105Kg、短纤维0.6Kg、硫酸钡7.0Kg、挪威木素1.5Kg、腐殖酸5.0Kg、乙炔黑2.5Kg、半炭化木屑1K、实施例1中膨化剂12L。
（1）配料
1.1按上述正极铅膏的各成分配比称取各原料；
1.2按上述负极铅膏的各成分配比称取各原料；
（2）干混
2.1将步骤1.1中正极铅膏的固体料：铅粉、短纤维、红丹、胶体石墨、硫酸亚锡和硫酸钠加入合膏机中进行搅拌混匀，混匀时间6min。
2.2将步骤1.2中负极铅膏的固体料：铅粉、短纤维、硫酸钡、挪威木素、腐殖酸和半碳化木屑和乙炔黑加入合膏机中进行搅拌混匀，混匀时间6min。
（3）湿混
3.1向步骤2.1所得到的混合料中加入纯水，加入量搅拌，搅拌7min。
3.2向步骤2.2所得到的混合料先中加入膨胀剂，再加入纯水，搅拌7min。
（4）加酸
4.1向步骤3.1加纯水后的合膏机中加入硫酸，进行合膏，合膏温度不高于57℃，检测合格铅膏视密度为4.41g/cm3后出膏，出膏温度为45℃。
4.2向步骤3.2加纯水后的合膏机中加入硫酸，进行合膏，合膏温度不高于57℃，检测合格铅膏视密度为4.45g/cm3后出膏，出膏温度为45℃。
所得，正极铅膏和负极铅膏可塑性满足：手捏成团无龟裂，适合填途。铅膏外观符合：铅膏无色差，表面无大颗粒，正铅膏颜色发黄，比较软；负铅膏颜色发绿，比较硬。铅膏水含量正极铅膏≥10.2%，负极铅膏≥9.2%。
实施例4电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏及其制备方法
电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏，其包括正极铅膏和负极铅膏：
正极铅膏中各成分的重量份数比为：铅粉970Kg、浓度为1.4g/cm3硫酸86Kg、纯水125Kg、胶体石墨3.0Kg、红丹50Kg、硫酸亚锡1.5Kg、硫酸钠1.0Kg；短纤维0.7Kg；
负极铅膏中各成分的重量份数比为：铅粉1000Kg、浓度为1.4g/cm3硫酸81Kg、纯水120Kg、短纤维0.6Kg、硫酸钡7.0Kg、挪威木素1.5Kg、腐殖酸5.0Kg、乙炔黑3.5Kg、半炭化木屑1K、实施例1中膨化剂8L。
（1）配料
1.1按上述正极铅膏的各成分配比称取各原料；
1.2按上述负极铅膏的各成分配比称取各原料；
（2）干混
2.1将步骤1.1中正极铅膏的固体料：铅粉、短纤维、红丹、胶体石墨、硫酸亚锡和硫酸钠加入合膏机剂中进行搅拌混匀，混匀时间6min。
2.2将步骤1.2中负极铅膏的固体料：铅粉、短纤维、硫酸钡、挪威木素、腐殖酸和半碳化木屑和乙炔黑加入合膏机中进行搅拌混匀，混匀时间6min。
（3）湿混
3.1向步骤2.1所得到的混合料中加入纯水，加入量搅拌，搅拌7min。
3.2向步骤2.2所得到的混合料先中加入膨胀剂，再加入纯水，搅拌7min。
（4）加酸
4.1向步骤3.1加纯水后的合膏机中加入硫酸，进行合膏，合膏温度不高于57℃，检测合格铅膏视密度为4.41g/cm3后出膏，出膏温度为45℃。
4.2向步骤3.2加纯水后的合膏机中加入硫酸，进行合膏，合膏温度不高于57℃，检测合格铅膏视密度为4.45g/cm3后出膏，出膏温度为45℃。
所得，正极铅膏和负极铅膏可塑性满足：手捏成团无龟裂，适合填途。铅膏外观符合：铅膏无色差，表面无大颗粒，正铅膏颜色发黄，比较软；负铅膏颜色发绿，比较硬。铅膏水含量正极铅膏≥10.2%，负极铅膏≥9.2%。
对比例1
按照实施例2的配方和工艺，区别之处在于加入的挪威木素的重量为2Kg。
对比例2
按照实施例2的配方和工艺，区别之处在于不加入膨胀剂。
对比例3
按照实施例2的配方和工艺，区别之处在于不加入半炭化木屑。
试验例1
对实施例2、对比例1-3的低温容量和充电性能进行试验，结果见表3
表3低温容量和充电性能对比试验
项目 实施例1 对比例1 对比例2 对比例3
－30℃的低温容量 ≥0.75C2 0.65～0.75 C2 0.55～0.70 C2 0.70～0.75 C2
充电接收性能 2.5～3.0 1.3～1.8 2.3～2.8 1.8～2.5
采用该配方和工艺制造的电动助力车电池的低温性能较好，经检验能达到：－30℃的低温容量达到0.75C2v以上；充电接收性能一般能达到：2.5～3.0。国标规定值：Ica/I0≥2（Ica为充电接收电流，I0为放电电流：0.1C2），满足低温环境下电池能正常使用，特别是我国的东北、西北部地区。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏，其特征在于：其包括正极铅膏和负极铅膏：
所述正极铅膏中各成分的重量份数比为：铅粉950～970份、浓度为1.3～1.4g/cm3硫酸80～86份、纯水110～125份、胶体石墨3.0～4.0份、红丹30～50份、硫酸亚锡1.0～1.5份、硫酸钠0.5～1.0份；短纤维0.7～0.9份；
所述负极铅膏中各成分的重量份数比为：铅粉1000份、浓度为1.3～1.4g/cm3硫酸75～81份、纯水105～120份、短纤维0.6～0.8份、硫酸钡6.0～7.0份、挪威木素1.0～1.5份、腐殖酸4.0～5.0份、乙炔黑3.0～5.0份、半炭化木屑1.0～1.5份；
所述负极铅膏中含有膨胀剂，负极中铅粉与膨胀剂的质量体积比为1000Kg：8.0～12.0L；
所述膨胀剂由以下方法制备：向80-100℃的10.0～12.0L热硫酸中加入2.0～3.0Kg棉花，搅拌，半碳化成黄棕色浆，降温制得。
2.根据权利要求1所述的一种电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏，其特征在于：所述正极铅膏视密度4.35-4.45g/cm3，所述负极铅膏视密度4.45－4.55g/cm3。
3.一种如权利要求1或2所述的电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）配料
1.1按上述正极铅膏的各成分配比称取各原料；
1.2按上述负极铅膏的各成分配比称取各原料；
（2）干混
2.1将步骤1.1中正极铅膏的固体料：铅粉、短纤维、红丹、胶体石墨、硫酸亚锡和硫酸钠加入和膏剂中进行搅拌混匀；
2.2将步骤1.2中负极铅膏的固体料：铅粉、短纤维、硫酸钡、挪威木素、腐殖酸和半碳化木屑和乙炔黑和膏剂中进行搅拌混匀；
（3）湿混
3.1向步骤2.1所得到的混合料中加入纯水，搅拌；
3.2向步骤2.2所得到的混合料先中加入膨胀剂，再加入纯水，搅拌；
（4）加酸
4.1向步骤3.1加纯水后的和膏机中加入硫酸，进行和膏，检测合格后出膏；
4.2向步骤3.2加纯水后的和膏机中加入硫酸，进行和膏，检测合格后出膏。
4.根据权利要求3所述的一种电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏的制备方法，其特征在于：所述步骤4.1和4.2中和膏温度≤62℃。
5.根据权利要求3所述的一种电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏的制备方法，其特征在于：所述步骤4.1和4.2中的出膏温度≤45℃。
6.根据权利要求4或5所述的一种电动助力车用耐低温铅蓄电池铅膏的制备方法，其特征在于：还包括步骤3.2中所述的膨胀剂的制备步骤：
a铅皮桶内加入1.40±0.05g/cm3硫酸10.0～12.0L；
b加热铅皮桶，使硫酸的温度保持在80～100℃之间；
c在10分钟内将棉花2.0～3.0Kg放入铅皮桶内，不停搅拌，待棉花全部半炭化呈黄棕色浆状时，停止加热；
d降温至30℃以下。
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