CN104241708A - 一种高储能长寿命铅酸蓄电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高储能长寿命的铅酸蓄电池铅膏配方，其特征在于：包括正极铅膏配方和负极铅膏配方，所述的正极铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：稀硫酸8.2～9.1％、去离子水10～11％、聚酯短纤维0.03～0.05％、碳纤维0.4％～0.6％、聚苯胺纳米溶液2～3％、胶体石墨0.5％～0.7％、其余为铅粉；所述的负板铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：先制备铅酸蓄电池预混负极添加剂，各组分按照质量百分数计，壳聚糖25％～30％、海藻酸钠20％～25％、橡椀栲胶5～10％、茴香醛15％～20％、木素磺酸钠10～15％、硫酸钡10～25％；然后于负极铅粉中按照其质量的0.2％的比例加入所得添加剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种高储能长寿命铅酸蓄电池，属于铅酸蓄电池制作领域。
背景技术
铅酸蓄电池是目前应用最为广泛的二次电池，铅酸蓄电池由于价格低廉，原料易得，使用可靠，又可大电流放电等特点，一直是化学电源中产量最大、应用最广的二次电池。胶体蓄电池的出现又为铅酸电池的发展提供了更广阔的空间。提高铅酸蓄电池竞争力是广大铅酸蓄电池工作者们共同的心愿。
铅蓄电池的比功率较低以及大功率放电的使用寿命短等缺点，制约了其发展。而导致上述问题主要原因是负极所致，因高密度电流放电情况下，负极产生的大量铅离子进入电解液，与之相对应的情况是电解液中硫酸根离子扩散受限，致使铅离子过饱和，从而在负极表面形成一层致密的硫酸铅沉淀层，造成负极表面钝化。由于硫酸铅导电性差，溶解度小，所以会造成负极内部铅的反应活性降低，增加反应过电位，致使充电时析氢较为严重，充电效率下降，并形成恶性循环。若继续大功率充放电，以上情况会进一步恶化，硫酸铅沉淀颗粒增大，这样的增大过程又不可逆，最终导致负极丧失反应活性，电池失效。而作为关键因素的正极板，也很重要。正极板化成困难，特别是厚极板，化成效率极低。正极板能够放出的容量，与负极板相比较低，这也成为蓄电池放电容量的制约因素之一。此外，正极活性物质机械强度较差，容易软化、脱落，这对蓄电池十分不利。在正极铅膏中加入添加剂，以改善正极板性能，是最常采用的手段之一。
人们一直尝试着用各种方法改善铅酸蓄电池的性能，目前，使用蓄电池添加剂是应用较广、成本较低，而且是行之有效的方法。在制造铅酸蓄电池正负极板时，总是会用到各种功能的添加剂，虽然只占铅粉重量的千分之几，但能够改善铅膏晶体结构，保持活性物质的稳定性，也是电池整体设计的组成部分。
发明内容
基于背景技术存在的缺点，本发明的目的是提供一种高储能长寿命铅酸蓄电池铅膏配方及制备方法。
本发明首次将壳聚糖和海藻酸钠加入铅酸蓄电池负极中，配合其他比例的常规物质，能显著提高蓄电池的各项性能，预计达到了某种协同效果。
本发明的具体技术方案如下：一种高储能长寿命的铅酸蓄电池铅膏配方，其特征在于：包括正极铅膏配方和负极铅膏配方，
所述的正极铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
稀硫酸8.2～9.1％、去离子水10～11％、聚酯短纤维0.03～0.05％、碳纤维0.4％～0.6％、聚苯胺纳米溶液2～3％、胶体石墨0.5％～0.7％、其余为铅粉；
所述的负板铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
先制备铅酸蓄电池预混负极添加剂，各组分按照质量百分数计，壳聚糖25％～30％、海藻酸钠20％～25％、橡椀栲胶5～10％、茴香醛15％～20％、木素磺酸钠10～15％、硫酸钡10～25％；
然后于负极铅粉中按照其质量的0.2％的比例加入所得添加剂；
制备上述高储能长寿命的铅酸蓄电池铅膏的方法：
将上述正极铅膏配方中的除铅粉外的所有配方加入全自动和膏机内，并将负极铅膏配方中的铅酸蓄电池预混负极添加剂加入全自动和膏机内，边放铅粉边搅拌，放完铅粉后干搅拌8min，然后边放去离子水边搅拌，放完去离子水后继续搅拌8min，然后放稀硫酸，在16～18min加完，边加边搅拌，加酸过程控制铅膏温度在68～80℃，加完酸后，继续搅拌15～18min，然后测定铅膏视密度，正极铅膏视密度要求4.0～4.2g/cm3，负极铅膏视密度要求4.4～4.5/cm3，符合要求后，出膏。
优选所述的正极铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
稀硫酸8.8％、去离子水11％、聚酯短纤维0.05％、碳纤维0.5％、聚苯胺纳米溶液3％、胶体石墨0.6％、其余为铅粉；
优选，所述的铅酸蓄电池负极复合添加剂，各组分按照质量百分数计，壳聚糖25％、海藻酸钠25％、橡椀栲胶8％、茴香醛6％、木素磺酸钠11％、硫酸钡25％。
本发明的有益之处在于：
1、本发明的铅酸蓄电池预混负极添加剂，于投入铅膏前进行预混合，能够提高极板和电池的稳定性、一致性；
2、本发明的铅酸蓄电池预混负极添加剂制备简单，适合工业化大量生产；
3、本发明的铅酸蓄电池具有很长的循环使用寿命，耐高温能力和充电接受能力。
具体实施方式
实施例1：
一种高储能长寿命的铅酸蓄电池铅膏配方，其特征在于：包括正极铅膏配方和负极铅膏配方，
所述的正极铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
稀硫酸8.8％、去离子水11％、聚酯短纤维0.05％、碳纤维0.5％、聚苯胺纳米溶液3％、胶体石墨0.6％、其余为铅粉；
所述的负板铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
先制备铅酸蓄电池预混负极添加剂，各组分按照质量百分数计，壳聚糖25％、海藻酸钠25％、橡椀栲胶8％、茴香醛6％、木素磺酸钠11％、硫酸钡25％。
然后于负极铅粉中按照其质量的0.2％的比例加入所得添加剂；
制备上述高储能长寿命的铅酸蓄电池铅膏的方法：
将上述正极铅膏配方中的除铅粉外的所有配方加入全自动和膏机内，并将负极铅膏配方中的铅酸蓄电池预混负极添加剂加入全自动和膏机内，边放铅粉边搅拌，放完铅粉后干搅拌8min，然后边放去离子水边搅拌，放完去离子水后继续搅拌8min，然后放稀硫酸，在16～18min加完，边加边搅拌，加酸过程控制铅膏温度在68～80℃，加完酸后，继续搅拌15～18min，然后测定铅膏视密度，正极铅膏视密度要求4.0～4.2g/cm3，负极铅膏视密度要求4.4～4.5/cm3，符合要求后，出膏。
在常规6-DZM-12Ah电池上进行如下改进：
正极铅膏出膏后，手工在正极板涂板，固化干燥后得到正极板。
负极铅膏出膏后，手工在负极板涂板，固化干燥后得到负极板。
将按上述方法制得的正极板和负极板按照工厂6-DZM-12Ah装配工艺进行组装、灌酸、化成。并选用车间正常生产的同型号普通6-DZM-12Ah电池作为参照电池进行实验。
抽取一组常规6-DZM-12电池(6只)和一组负极添加本发明铅酸蓄电池预混负极添加剂的电池(6只)送检实验室，进行各项数据的检测。
实施例2：
一种高储能长寿命的铅酸蓄电池铅膏配方，其特征在于：包括正极铅膏配方和负极铅膏配方，
所述的正极铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
稀硫酸8.2％、去离子水10％、聚酯短纤维0.03％、碳纤维0.4％％、聚苯胺纳米溶液2％、胶体石墨0.5％、其余为铅粉；
所述的负板铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
先制备铅酸蓄电池预混负极添加剂，各组分按照质量百分数计，壳聚糖25％、海藻酸钠20％、橡椀栲胶10％、茴香醛15％、木素磺酸钠10％、硫酸钡20％。
然后于负极铅粉中按照其质量的0.2％的比例加入所得添加剂；
制备上述高储能长寿命的铅酸蓄电池铅膏的方法：
将上述正极铅膏配方中的除铅粉外的所有配方加入全自动和膏机内，并将负极铅膏配方中的铅酸蓄电池预混负极添加剂加入全自动和膏机内，边放铅粉边搅拌，放完铅粉后干搅拌8min，然后边放去离子水边搅拌，放完去离子水后继续搅拌8min，然后放稀硫酸，在16～18min加完，边加边搅拌，加酸过程控制铅膏温度在68～80℃，加完酸后，继续搅拌15～18min，然后测定铅膏视密度，正极铅膏视密度要求4.0～4.2g/cm3，负极铅膏视密度要求4.4～4.5/cm3，符合要求后，出膏。
在常规6-DZM-12Ah电池上进行如下改进：
正极铅膏出膏后，手工在正极板涂板，固化干燥后得到正极板。
负极铅膏出膏后，手工在负极板涂板，固化干燥后得到负极板。
将按上述方法制得的正极板和负极板按照工厂6-DZM-12Ah装配工艺进行组装、灌酸、化成。并选用车间正常生产的同型号普通6-DZM-12Ah电池作为参照电池进行实验。
抽取一组常规6-DZM-12电池(6只)和一组负极添加本发明铅酸蓄电池预混负极添加剂的电池(6只)送检实验室，进行各项数据的检测。
实施例3：
一种高储能长寿命的铅酸蓄电池铅膏配方，其特征在于：包括正极铅膏配方和负极铅膏配方，
所述的正极铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
稀硫酸9.1％、去离子水11％、聚酯短纤维0.05％、碳纤维0.6％、聚苯胺纳米溶液3％、胶体石墨0.7％、其余为铅粉；
所述的负板铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
先制备铅酸蓄电池预混负极添加剂，各组分按照质量百分数计，壳聚糖30％、海藻酸钠20％、橡椀栲胶5％、茴香醛20％、木素磺酸钠15％、硫酸钡10％。
然后于负极铅粉中按照其质量的0.2％的比例加入所得添加剂；
制备上述高储能长寿命的铅酸蓄电池铅膏的方法：
将上述正极铅膏配方中的除铅粉外的所有配方加入全自动和膏机内，并将负极铅膏配方中的铅酸蓄电池预混负极添加剂加入全自动和膏机内，边放铅粉边搅拌，放完铅粉后干搅拌8min，然后边放去离子水边搅拌，放完去离子水后继续搅拌8min，然后放稀硫酸，在16～18min加完，边加边搅拌，加酸过程控制铅膏温度在68～80℃，加完酸后，继续搅拌15～18min，然后测定铅膏视密度，正极铅膏视密度要求4.0～4.2g/cm3，负极铅膏视密度要求4.4～4.5/cm3，符合要求后，出膏。
在常规6-DZM-12Ah电池上进行如下改进：
正极铅膏出膏后，手工在正极板涂板，固化干燥后得到正极板。
负极铅膏出膏后，手工在负极板涂板，固化干燥后得到负极板。
将按上述方法制得的正极板和负极板按照工厂6-DZM-12Ah装配工艺进行组装、灌酸、化成。并选用车间正常生产的同型号普通6-DZM-12Ah电池作为参照电池进行实验。
抽取一组常规6-DZM-12电池(6只)和一组负极添加本发明铅酸蓄电池预混负极添加剂的电池(6只)送检实验室，进行各项数据的检测。
实施例4：
一种高储能长寿命的铅酸蓄电池铅膏配方，其特征在于：包括正极铅膏配方和负极铅膏配方，
所述的正极铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
稀硫酸8.7％、去离子水11％、聚酯短纤维0.04％、碳纤维0.5％、聚苯胺纳米溶液2.5％、胶体石墨0.65％、其余为铅粉；
所述的负板铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
先制备铅酸蓄电池预混负极添加剂，各组分按照质量百分数计，壳聚糖25％、海藻酸钠20％、橡椀栲胶5％、茴香醛15％、木素磺酸钠15％、硫酸钡20％。
然后于负极铅粉中按照其质量的0.2％的比例加入所得添加剂；
制备上述高储能长寿命的铅酸蓄电池铅膏的方法：
将上述正极铅膏配方中的除铅粉外的所有配方加入全自动和膏机内，并将负极铅膏配方中的铅酸蓄电池预混负极添加剂加入全自动和膏机内，边放铅粉边搅拌，放完铅粉后干搅拌8min，然后边放去离子水边搅拌，放完去离子水后继续搅拌8min，然后放稀硫酸，在16～18min加完，边加边搅拌，加酸过程控制铅膏温度在68～80℃，加完酸后，继续搅拌15～18min，然后测定铅膏视密度，正极铅膏视密度要求4.0～4.2g/cm3，负极铅膏视密度要求4.4～4.5/cm3，符合要求后，出膏。
在常规6-DZM-12Ah电池上进行如下改进：
正极铅膏出膏后，手工在正极板涂板，固化干燥后得到正极板。
负极铅膏出膏后，手工在负极板涂板，固化干燥后得到负极板。
将按上述方法制得的正极板和负极板按照工厂6-DZM-12Ah装配工艺进行组装、灌酸、化成。并选用车间正常生产的同型号普通6-DZM-12Ah电池作为参照电池进行实验。
抽取一组常规6-DZM-12电池(6只)和一组负极添加本发明铅酸蓄电池预混负极添加剂的电池(6只)送检实验室，进行各项数据的检测。
实施例5性能检测：
(1)充电接受能力测试
依据国家标准《GB/T22199-2008电动助力车用密封铅酸蓄电池》，对实施例1-4制备得到的极添加本发明铅酸蓄电池预混负极添加剂的电池进行检测。
实施例1-4所得到的电池的充电接受能力要优于对照组常规电池，在充电第600秒(即第10分钟)时，实施例1-4所得到的电池的充电电流分别为：5.12A、4.98A、4.86A、5.06A，对照组常规电池的充电电流为2.16A。
(2)循环寿命试验
循环寿命测试方法：在50℃环境中，以恒压14.1V、限流75A充电15h，再以恒流50A放电至终止电压11.0V为一个循环，当整组电池的放电容量低于额定容量的80％时，寿命终止。
A.容量衰减速度
实施例1的电池组循环前25次，放电容量平稳,循环至第450次时,放电容量为初始容量的99.9％；
实施例2的电池组循环前25次，放电容量平稳,循环至第450次时,放电容量为初始容量的99.7％；
实施例3的电池组循环前25次，放电容量平稳,循环至第450次时,放电容量为初始容量的99.5％；
实施例4的电池组循环前25次，放电容量平稳,循环至第450次时,放电容量为初始容量的99.5％；
对照组的电池循环至第450次时放电容量为初始容量的82.3％,由此可见本专利生产的电池衰减速度明显比原有技术生产的电池小。
B.容量循环次数
两组样品电池循环寿命终止时,实施例1的电池循环次数为813次，实施例2的电池循环次数为801次，实施例3的电池循环次数为798次，实施例4的电池循环次数为805次，对照组的电池循环寿命只有205次左右，寿命大大提高。
(3)板材外观
250次循环结束后的电池，先充满电然后进行解剖。
发现对照组的常规电池负极板很硬，尤其是极板下部，而实施例1-4的本发明铅酸蓄电池经过250多次循环后，整片极板仍较软，没有出现板硬现象。
(4)负极板XRD分析
将实施例1-4的本发明铅酸蓄电池和对照组的电池进行负极板XRD分析。
可以看出实施例1-4的本发明铅酸蓄电池和对照组的电池的负极板上部硫酸盐化都不明显，但是实施例1-4的电池负极板上部的硫酸盐化更弱；
而对照组的正常电池负极板的下部出现了明显的硫酸盐化，实施例1-4的本发明铅酸蓄电池的负极板下部仍没有出现较明显的硫酸盐化现象。
XRD分析结果有利地证明了本发明的铅酸蓄电池在循环过程中可有效防止硫酸盐化，进而延长电池循环寿命。
综上所述，本发明铅酸蓄电池制备简单，使用方便，并且能显著提高铅酸蓄电池的储能和寿命。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高储能长寿命的铅酸蓄电池，其特征在于其正负极铅膏的配方为：
所述的正极铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
稀硫酸 8.2～9.1%、去离子水10～11%、聚酯短纤维 0.03～0.05%、碳纤维0.4%～0.6%、聚苯胺纳米溶液2～3%、胶体石墨 0.5%～0.7%、其余为铅粉；
所述的负板铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：
先制备铅酸蓄电池预混负极添加剂，各组分按照质量百分数计：壳聚糖25%～30%、海藻酸钠20%～25%、橡椀栲胶5～10%、茴香醛15%～20%、木素磺酸钠10～15%、硫酸钡10～25%；
然后于负极铅粉中按照其质量的0.2%的比例加入所得添加剂。
2.权利要求1所述的高储能长寿命的铅酸蓄电池，其出膏方法为：将上述正极铅膏配方中的除铅粉外的所有配方加入全自动和膏机内，并将负极铅膏配方中的铅酸蓄电池预混负极添加剂加入全自动和膏机内，边放铅粉边搅拌，放完铅粉后干搅拌8min，然后边放去离子水边搅拌，放完去离子水后继续搅拌8min，然后放稀硫酸，在16～18min加完，边加边搅拌，加酸过程控制铅膏温度在68～80℃，加完酸后，继续搅拌 15～18min，然后测定铅膏视密度，正极铅膏视密度要求4.0～4.2g/cm3，负极铅膏视密度要求4.4～4.5/cm3，符合要求后，出膏。
3.权利要求1或2所述的高储能长寿命的铅酸蓄电池，所述的正极铅膏配方按重量百分比由下列原料组成：稀硫酸 8.8%、去离子水11%、聚酯短纤维 0.05%、碳纤维0.5%、聚苯胺纳米溶液3%、胶体石墨 0.6%、其余为铅粉；
所述的铅酸蓄电池负极复合添加剂，各组分按照质量百分数计：壳聚糖25%、海藻酸钠25%、橡椀栲胶8%、茴香醛6%、木素磺酸钠11%、硫酸钡25%。
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