CN101132065A - 一种铅酸蓄电池正极铅膏 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铅酸蓄电池正极铅膏，包括铅粉、1.4g/cm3硫酸、去离子水、二氧化铅、短纤维、碳纤维、各向异性石墨和氧化铋，其中各成分占铅粉的重量百分比为：铅粉100％，1.4g/cm3硫酸8～12％，去离子水9～11％，二氧化铅3～4.2％，短纤维0.05～0.06％，碳纤维0.10～0.15％，各向异性石墨0.2～0.4％，氧化铋0.05～0.11％。本发明在活性物质内一定的水和酸含量的基础上，添加各向异性石墨、氧化铋等多种正极活性物质，各种成份的配比重新进行了改变，不仅能增加电池的初期容量及重量比能量，而且能够延长电池的循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种铅酸蓄电池正极。
背景技术
由于UPS备用电源在近20多年具有非常大的市场，而阀控铅酸蓄电池本身所具有的电压相对较高，价格较低，使用过程免维护等诸多有利条件，牢牢的占据着这个领域的最大市场份额。而中国的阀控铅酸蓄电池，尽管早已牢牢占据了世界铅酸蓄电池的巨大市场份额，但是在寿命方面相对于富液电池却进步不大，究其原因主要是这些电池的正极没有做好，正极活性物质的提前失效导致了电池寿命快速下降。而正极对电池寿命的影响主要来源于正极铅膏配方。目前，实际应用的铅膏有粘型铅膏、砂型铅膏和其他类型如水膏等，铅膏配方在很大程度上影响生极板和熟极板的相组成，进而影响电池的容量、寿命及其他性能。在配方中，对一定量的铅粉量来说，铅膏中增加水量和酸量能提高活性物质孔率，降低其表面密度，但是会降低活性物质的强度。大多数的生产厂家在极板铅膏配方及和膏工艺方面大同小异，因此电池的质量水平也相差不大。采用的措施主要是通过增加配方内导电剂、粘合剂、纤维(三者结合一起，配合使用)的含量来增加电池的初期性能，并通过提高孔率来提高活性物质利用率，以增加电池的重量比能量，而过量粘合剂、纤维的加入严重影响了电池的充电接受能力，增加电池内阻，使电池的使用寿命大为缩短。也就是说目前通过向配方内直接添加导电剂、粘合剂、纤维方面的活性物质成份，很难使电池的初期容量和循环寿命同时兼顾。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种铅酸蓄电池正极铅膏，不仅能够增加电池的初期容量及重量比能量，而且能够延长电池的循环寿命。
本发明的技术方案为：一种铅酸蓄电池正极铅膏，包括铅粉、1.4g/cm3硫酸、去离子水、二氧化铅、短纤维、碳纤维、各向异性石墨和氧化铋，其中各成分占铅粉的重量百分比为：铅粉100％，1.4g/cm3硫酸8～12％，去离子水9～11％，二氧化铅3～4.2％，短纤维0.05～0.06％，碳纤维0.10～0.15％，各向异性石墨0.2～0.4％，氧化铋0.05～0.11％。
优选的是，所述去离子水电阻率大于等于0.6MΩ。
优选的是，所述碳纤维直径为0.1～0.9μm，长度为4-6mm，加入量为铅粉量的0.1％。
优选的是，所述短纤维长度为1～2mm，细度为2Denier。长度9000米、质量1克为1个Denier。
优选的是，所述各向异性石墨细度为120目、筛余物小于1，灰份小于5，PH值为6～7。
本发明的有益效果为：本发明在活性物质内一定的水和酸含量的基础上，添加各向异性石墨、氧化铋等多种正极活性物质，各种成份的配比重新进行了改变，不仅能增加电池的初期容量及重量比能量，而且能够延长电池的循环寿命。在正极里添加各向异性石墨，在硫酸介质中石墨被氧化成石墨层间化合物，导致石墨的不规则膨胀增大，增加了正极的孔率，提高了电池循环使用寿命；在铅膏中加入碳纤维，碳纤维在极板内稳定，导电性能好，其比电阻与活性物质的比电阻相似(7×10-6Ωm)，在活性物质中形成导电性网络，从而提高活性物质的利用率和充电接受能力，同时降低电池的内阻，达到保证容量并且.延长寿命的特性。二氧化铅为正极活性物质晶种，能够提高电池化成电流效率，缩短化成时间，相对普通配方中加入红丹要减少成本；加入氧化铋可以消除电池无锑效应，避免因板栅与活性物质之间接触不良导致电阻的增加。本发明使电池获得较高比容量、比能量的同时，通过添加剂增加极板活性物质的强度，从而延长了电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1中A1和A4电池寿命测试曲线图；
图2为本发明实施例2中B1、B2和B3电池寿命测试曲线图。
具体实施方式
实施例1
以常规6V4AH电池为样品电池，采用两种电池结构进行正交试验。电池制作完成后测试20h率和3C的初期容量、重量比能量以及按照小型阀控密封铅酸蓄电池技术条件国家标准(GBT 19639.1-2005)作循环寿命。
电池采用Z1.6A 2正3负结构装配，对比例铅膏配方A1～A3为现行实用最常见的三种正极铅膏配方。A1～A4配方中所述百分比均为重量百分比。
配方A1：铅粉100％，去离子水含量为铅粉的11％，1.40g/cm3硫酸含量为铅粉的10.5％，短纤维含量为铅粉的0.05％。
配方A2：铅粉100％，去离子水含量为铅粉的11.5％，1.40g/cm3硫酸含量为铅粉的85％，短纤维含量为铅粉的0.2％、乙炔黑含量为铅粉的0.5％。
配方A3：铅粉100％，去离子水含量为铅粉的8％，1.40g/cm3硫酸含量为铅粉的11％，短纤维含量为铅粉的0.1％石墨含量为铅粉的0.8％，聚四氟乙烯乳液含量为铅粉的0.08％g，调整用去离子水含量小于铅粉的0.8％。
本实施例配方A4：铅粉100％，二氧化铅含量为铅粉的3.2％，短纤维含量为铅粉的0.06％，碳纤维含量为铅粉的0.05％，去离子水含量为铅粉的10％，1.40g/cm3硫酸含量为铅粉的10％，各向异性石墨含量为铅粉的0.4％，氧化铋含量为铅粉的0.07％。将铅粉、二氧化铅、各向异性石墨、短纤维、碳纤维、氧化铋混合加入合膏机内，搅拌5分钟，然后快速地加入纯水搅拌均匀，再缓慢地加入硫酸搅拌均匀，配制成铅膏用来制作6V4AH电池。
测试各类电池20h和3C容量，作为电池初期容量进行比较考核。对上述电池的放电数据取平均值做成下表1：
表1 各类电池初期性能测试数据/h(min)
| 电池类别 | A1 | A2 | A3 | A4 |
| 20h率 | 20h01′ | 20h | 20h42′ | 22h28′ |
| 3C | 8′47″ | 8′11″ | 8′49″ | 9′51″ |
由上表2中数据可以看出：各类电池，放电测试都能够达到国家标准(GB/T19639.1-2005)要求的20h率放电20h和3C放电7分钟的要求。随着配方内短纤维、碳素原料及其它活性物质的加入，不论是20h率容量还是3C容量，都呈增长趋势，同时加入各向异性石墨、碳纤维后，该增加趋势更为明显。
电池经过初期容量测试合格后，按照常规电池寿命试验方法测试上表1中4类电池的寿命，对上述电池的寿命测试数据取平均值做成下表2。记录实验过程中放电循环次数及放电池时间，制作寿命对比曲线图1。
表2 各类电池国标循环寿命数据/次
| 电池类型 | A1 | A2 | A3 | A4 |
| 循环次数 | 410 | 417 | 425 | 650 |
从表2可以得知：上述各类电池的国标循环寿命都大于标准中350次的要求，A4类电池寿命可达650次左右。使用本发明后电池的寿命可比常规配方延长200次左右。
下表为上述4类电池的重量比能量对比。
表3各类电池重量比能量
| 重量KG | 1HR容量AH | HR容量AH | HR容量AH | HR容量AH | 重量比能量VAH/KG | |
| A1 | 0.75 | 2.4 | 3.0 | 33 | 4.0 | 33.3 |
| A2 | 0.73 | 2.6 | 3.2 | 3.4 | 4.0 | 32.8 |
| A3 | 0.73 | 2.7 | 3.2 | 3.5 | 4.1 | 33.6 |
| A4 | 0.71 | 3.0 | 3.8 | 4.1 | 4.5 | 38.0 |
可见，使用本发明后，电池的重量比能量由原来的32-34VAH/KG提高到38VAH/KG 。
实验结论：以电池正极铅膏内不同的活性物质添加剂以及活性物质的不同比重对电池进行初期容量、重量比能量、国标循环寿命试验，得出如下结论：随着配方内短纤维、碳素原料及其它活性物质的加入并同时加入各向异性石墨、碳纤维，电池初期容量较目前常用铅膏电池增加10～15％，国标循环寿命可延长200次左右，重量比能量由原来的32-34VAH/KG提高到38VAH/KG。
实施例2
按如下重量百分比称取各成份：
1、铅粉100％，1.40g/cm3硫酸含量为铅粉的12％，去离子水含量为铅粉的11％，二氧化铅含量为铅粉的4.2％，短纤维含量为铅粉的0.06％，碳纤维含量为铅粉的0.08％，各向异性石墨含量为铅粉的0.4％，氧化铋含量为铅粉的0.11％。将铅粉、二氧化铅、各向异性石墨、短纤维、碳纤维、氧化铋混合加入合膏机内，搅拌5分钟，然后快速地加入去离子水搅拌均匀，再缓慢地加入硫酸搅拌均匀，配制成铅膏用来制作6V4AH电池，标记为B1。
2、铅粉100％，1.40g/cm3硫酸为铅粉含量的11％，去离子水为铅粉含量的10.5％，二氧化铅为铅粉含量的3.9％，短纤维为铅粉含量的0.07％，碳纤维为铅粉含量的0.10％，各向异性石墨为铅粉含量的0.2％，氧化铋为铅粉含量的0.09％。按上述工艺，制6V4AH电池，标记为B2。
对比例电池B3的配方为：铅粉100％，二氧化铅含量为铅粉的14.2％，短纤维含量为铅粉的0.018％，去离子水含量为铅粉的18％，98％纯硫酸含量为铅粉的4.2％。
测试各类电池20h和3C容量，作为电池初期容量进行比较考核。对上述电池的放电数据取平均值做成下表4：
表4各类电池初期性能测试数据/h(min)
| B1 | B2 | B3 | |
| 20h率 | 22h12′ | 22h02′ | 20h |
| 3C | 8′59″ | 9′14″ | 8′13″ |
由表4中数据可以看出：各类电池，放电测试都能够达到国家标准(GB/T19639.1-2005)要求的20h率放电20h和3C放电7分钟的要求。而且本实施例的电池容量明显高于对比例。
电池经过初期容量测试合格后，按照常规电池寿命试验方法测试上表中3类电池的循环寿命，对上述电池的寿命测试数据取平均值做成下表。
表5测试电池国标循环寿命数据/次
| 电池类型 | B1 | B2 | B3 |
| 寿命次数 | 628 | 623 | 479 |
从表5可以看出，B1和B2电池寿命循环次数均达600以上，比B3对比电池延长150左右。测试两类电池的国标循环寿命，B1电池、B2电池、B3电池的寿命对比曲线如图2所示。
下表为上述各类电池的重量比能量对比。
表6 各类电池重量比能量
| 重量KG | 1HR容量AH | HR容量AH | HR容量AH | HR容量AH | 重量比能量VAH/KG | |
| B1 | 0.72 | 3.1 | 3.5 | 3.85 | 4.4 | 36.6 |
| B2 | 0.70 | 2.9 | 3.6 | 3.9 | 4.4 | 37.7 |
| B3 | 0.72 | 2.7 | 3.2 | 3.5 | 4.0 | 33.3 |
可见，使用本发明后，电池的重量比能量由原来的33VAH/KG提高到36-38VAH/KG。
实验结论：由于本发明加入了短纤维、碳纤维、各向异性石墨等添加剂，各种成份的配比重新进行了改变，使电池增加了活性物质利用率，减少了内阻，增加了容量和充放电性能。使重量比能量由原来的32-34VAH/KG提高到36-38VAH/KG，更是延长了电池的使用寿命。
注：实施例中提到的国标，都是小型阀控密封铅酸蓄电池技术条件国家标准(标准号：GBT 19639.1-2005)
本发明的具体实施方式不仅仅局限于上述实施例，凡是本发明所述的技术方案内的实施都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种铅酸蓄电池正极铅膏，其特征在于：包括铅粉、1.4g/cm3硫酸、去离子水、二氧化铅、短纤维、碳纤维、各向异性石墨和氧化铋；其中各成分占铅粉的重量百分比为：铅粉100％，1.4g/cm3硫酸8～12％，去离子水9～11％，二氧化铅3～4.2％，短纤维0.05～0.06％，碳纤维0.10～0.15％，各向异性石墨0.2～0.4％，氧化铋0.05～0.11％。
2.如权利要求1所述的一种铅酸蓄电池正极铅膏，其特征在于：所述去离子水电阻率大于等于0.6MΩ。
3.如权利要求1所述的一种铅酸蓄电池正极铅膏，其特征在于：所述碳纤维直径为0.1～0.9μm，长度为4～6mm，加入量为铅粉量的0.1％。
4.如权利要求1所述的一种铅酸蓄电池正极铅膏，其特征在于：所述短纤维长度为1～2mm，细度为2Denier。
5.如权利要求1所述的一种铅酸蓄电池正极铅膏，其特征在于：所述各向异性石墨细度为120目、筛余物小于1，灰份小于5，PH值为6～7。
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