鉛酸蓄電池正極鉛膏配方的制作方法
【專利摘要】本發明提出了一種鉛酸蓄電池正極鉛膏配方，通過添加聚四氟乙烯和碳纖維作為添加劑，能最大限度地保護正極鉛膏結晶在循環過程不軟化，顯著改善提高鉛酸蓄電池的循環性能；本發明的鉛酸蓄電池正極鉛膏配方，適用于所有型號的鉛酸蓄電池，應用廣泛。
【專利說明】
鉛酸蓄電池正極鉛膏配方
技術領域
[0001]本發明涉及鉛酸蓄電池正極鉛膏技術，尤其涉及一種鉛酸蓄電池正極鉛膏配方。 【背景技術】
[0002]鉛酸蓄電池在循環使用時，主要的壽命衰減模式是正極鉛膏的軟化變態。其實質是鉛膏結晶體的變化，導致鉛膏極度軟化失效。因此，如何保護鉛膏結晶體在循環使用過程不變化，是提高鉛酸蓄電池循環壽命的關鍵。
[0003]聚四氟乙烯是由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物，聚四氟乙烯分子中CF2單元形成一個螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面，在與鉛膏混合攪拌時，鉛膏晶體表面會形成一定的網狀結構，保護鉛膏結晶。但由于聚四氟乙烯的添加量(重量比)超過0.15%時，鉛膏的粘度會急劇上升，變得類似橡膠一樣，無法涂板。而這種物性限制了添加量的提高，從而對鉛膏結晶的保護效果也受到了限制。因此，聚四氟乙烯作為鉛酸蓄電池正極添加劑并沒有得到廣泛應用。
[0004]另一種能夠提高鉛膏機械強度的物質是碳纖維。碳物質，如炭黑、石墨碳等通常添加在負極鉛膏中以改善負極極板的充電接受能力和抗硫酸鹽化能力，實驗結果證明，碳纖維以一定的比例添加到負極鉛膏中，顯著改善負極鉛膏的導電性能，對電池的充電接受能力的提高和抗負極鉛膏的硫酸鹽化，作用較大。
[0005]但是，碳纖維作為正極鉛膏添加劑的應用比較少見。主要是因為硫酸鹽化主要發生在負極，而電池的充電接受能力也主要被負極所左右，正極鉛膏加入碳物質的研究不夠。
[0006]隨著儲能等使用用途的不斷擴展，對鉛酸蓄電池的循環性能提出了更高的要求。 實驗結果證實，在負極的電池接受能力和硫酸鹽化問題解決之后，如何提高正極鉛膏在循環使用過程的抗軟化能力，是越來越重要的課題。
[0007]而聚四氟乙烯與正極鉛膏混合攪拌時在鉛膏晶體表面形成的保護鉛膏結晶的網狀結構，與添加在正極鉛膏中提高鉛膏粒子間的高抗拉強度的碳纖維的有機結合，可以更有效地保護鉛膏結晶在循環過程的軟化。
【發明內容】
[0008]有鑒于此，本發明提出了一種保護正極鉛膏結晶在循環過程不軟化，顯著提高鉛酸蓄電池的循環壽命的鉛酸蓄電池正極鉛膏配方。
[0009]本發明的技術方案是這樣實現的:本發明提供了一種鉛酸蓄電池正極鉛膏配方， 所述正極板鉛膏配方包括以下質量份的組分，
[0010]鉛粉:1〇〇 份；
[0011]聚四氟乙烯:0.10-0.15份；
[0012]碳纖維:0.05-0.15 份。[〇〇13]在以上技術方案的基礎上，優選的，所述聚四氟乙烯采用質量濃度為20?80%的聚四氟乙烯溶液。
[0014]在以上技術方案的基礎，優選的，所述碳纖維采用含碳量95%以上、抗拉強度3500 兆帕以上、孔隙率小于0.9 %的碳纖維。
[0015]本發明的鉛酸蓄電池正極鉛膏配方適用于所有型號的鉛酸蓄電池，優選的，還包括以下質量份的組分，
[0016]比重1 ? 20-1 ? 60g/cc 的稀硫酸 8 ? 4-10 ? 4份；
[0017]純水 10-13 份；
[0018]短纖維 0.05-0.15 公斤。
[0019]進一步優選的，所述短纖維包括滌綸、錦綸、腈綸、維綸和氨綸。
[0020]本發明的鉛酸蓄電池正極鉛膏配方相對于現有技術具有以下有益效果:
[0021](1)本發明的正極鉛膏通過添加聚四氟乙烯和碳纖維作為添加劑，能最大限度地保護正極鉛膏結晶在循環過程不軟化，顯著改善提高鉛酸蓄電池的循環性能；
[0022](2)本發明的鉛酸蓄電池正極鉛膏配方，適用于所有型號的鉛酸蓄電池，應用廣泛。【具體實施方式】
[0023]下面將結合本發明實施方式，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅僅是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。[〇〇24]以下實施例采用同樣設計和工藝制造的閥控式密封鉛酸蓄電池12V100Ah (6GFM100)作為實驗樣本，其中正極鉛膏的視比重控制在4.20±0.10g/cc。[〇〇25] 實施例1[〇〇26]本實施例的正極鉛膏各組分用量如下:[〇〇27]鉛粉100公斤；[0〇28]比重1.4(^/〇〇的硫酸9.40公斤；
[0029] 純水11.50公斤；[〇〇3〇] 短纖維0.10公斤，
[0031]另外，根據和膏過程中由于溫度上升造成水的蒸發程度，加入若干調節純水，以滿足鉛膏視比重的控制范圍要求。[〇〇32] 實施例2[〇〇33]本實施例的正極鉛膏各組分用量如下:[〇〇34]鉛粉100公斤；[0〇35]比重1.4(^/〇〇的硫酸9.40公斤；
[0036] 純水11.50公斤；[〇〇37] 短纖維0.10公斤；[〇〇38]質量濃度60%的聚四氟乙烯溶液0.200公斤；[〇〇39] 含碳量95%以上、抗拉強度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9%的碳纖維0.100公斤，
[0040]另外根據鉛膏視比重控制要求，加入若干調節純水，濃縮聚四氟乙烯溶液內含的水分，在調節水內扣除。[0041 ]實施例3[〇〇42]本實施例的正極鉛膏各組分用量如下:[〇〇43]鉛粉100公斤；
[0044]比重1.4(^/〇〇的硫酸9.40公斤；
[0045]純水11.50公斤；[〇〇46]短纖維0.10公斤；[〇〇47]質量濃度60%的聚四氟乙烯溶液0.170公斤；[〇〇48]含碳量95%以上、抗拉強度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9%的碳纖維0.050公斤，
[0049]另外根據鉛膏視比重控制要求，加入若干調節純水，濃縮聚四氟乙烯溶液內含的水分，在調節水內扣除。
[0050]實施例4[〇〇511本實施例的正極鉛膏各組分用量如下:[〇〇52]鉛粉100公斤；[0〇53]比重1.4(^/(^的硫酸9.40公斤；
[0054]純水11.50公斤；[〇〇55]短纖維0.10公斤；[〇〇56]質量濃度60%的聚四氟乙烯溶液0.250公斤；[〇〇57]含碳量95%以上、抗拉強度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9%的碳纖維0.150公斤，[〇〇58]另外根據鉛膏視比重控制要求，加入若干調節純水，濃縮聚四氟乙烯溶液內含的水分，在調節水內扣除。[〇〇59]實施例5[〇〇6〇]本實施例的正極鉛膏各組分用量如下:
[0061]鉛粉100公斤；[0〇62]比重1.4(^/(^的硫酸9.40公斤；
[0063]純水11.50公斤；[〇〇64]短纖維0.10公斤；[〇〇65]質量濃度60%的聚四氟乙烯溶液0.200公斤；[〇〇66]另外根據鉛膏視比重控制要求，加入若干調節純水，濃縮聚四氟乙烯溶液內含的水分，在調節水內扣除。
[0067]實施例6[〇〇68]本實施例的正極鉛膏各組分用量如下:[〇〇69]鉛粉100公斤；[0〇7〇]比重1.4(^/〇〇的硫酸9.40公斤；
[0071]純水11.50公斤；[〇〇72]短纖維0.10公斤；[〇〇73]含碳量95%以上、抗拉強度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9%的碳纖維0.100公斤；
[0074]另外根據鉛膏視比重控制要求，加入若干調節純水。
[0075]參照IEC 61427_2005(Secondary cells and batteries for photovoltaic energy systems(PVES)-General requirements and methods oftest)要求的方法，將實驗樣本電池經容量測試合格后完全充電，然后在溫度為40 °C±3°C的環境中靜置16h，并在該溫度下進行循環耐久性試驗，具體方法分為A和B兩個階段:
[0076]實驗階段A，低充電狀態下的淺循環:[〇〇77] a)以110(A)放電，持續9h或終壓為1.75V/單體時放電完成。
[0078]b)以 1.03110(A)充電 3h。
[0079]c)以 110(A)放電 3h。
[0080]重復b)和c) 49 次。[〇〇81]完成實驗階段A后，對電池充滿電，然后進行實驗階段B的檢測。
[0082]實驗階段B，高充電狀態下的淺循環:
[0083]a)以 1.25110(A)放電 2h。[〇〇84] b)以110(A)充電6h，充電電壓不能超過2.4V/單體。[〇〇85]重復a)和b)99次，實驗階段B完成。
[0086]每進行一次大循環(A階段和B階段)后進行1次容量檢查，容量檢查的方法是將實驗電池冷卻到標準溫度(20°C?25°C)，并在該溫度靜置16小時后，以110(A)放電至終止電壓為1.8V/單體。[〇〇87] 實驗電池檢測的終止條件如下:
[0088]1.當實驗階段A中放電9小時時，電池單格電壓低于1.5V/單體時；[〇〇89]2.實驗階段B之后，電池容量低于額定容量的80%時，也就是以110(A)放電至終止電壓為1.8V/單體時，放電時間不低于8小時。
[0090]循環壽命用連續完整的大循環(A階段和B階段)的次數表示。
[0091]實驗結果:
[0092]實施例1樣品電池，第一大循環后容量:10小時31分21秒;第二大循環后容量:9小時41分21秒;第三大循環開始后，A階段中放電9小時時，電池單格電壓低于1.5V/cell，判定電池壽命結束，循環實驗中止。[0〇93] 實施例2樣品電池，第一大循環后容量:11小時28分45秒;第二大循環后容量:11小時35分17秒;第三大循環后容量:11小時17分45秒;第四大循環后容量:11小時05分17秒;第五大循環后容量:10小時14分27秒;第六大循環后容量:9小時41分23秒;第七大循環后容量:9小時23分28秒；第八大循環開始后，A階段中放電9小時時，電池單格電壓低于1.5V/ cell，判定電池壽命結束，循環實驗中止。[0〇94] 實施例3樣品電池，第一大循環后容量:11小時40分30秒;第二大循環后容量:11小時36分12秒;第三大循環后容量:11小時03分51秒;第四大循環后容量:10小時58分13秒;第五大循環后容量:10小時32分52秒;第六大循環后容量:9小時29分51秒;第七大循環后容量:9小時22分22秒；第八大循環開始后，A階段中放電9小時時，電池單格電壓低于1.5V/ cell，判定電池壽命結束，循環實驗中止。[0〇95] 實施例4樣品電池，第一大循環后容量:11小時41分51秒;第二大循環后容量:11小時33分21秒;第三大循環后容量:10小時59分41秒;第四大循環后容量:10小時45分12秒;第五大循環后容量:10小時1分22秒;第六大循環后容量:9小時41分13秒;第七大循環后容量: 9小時17分24秒;第八大循環開始后，A階段中放電9小時時，電池單格電壓低于1.5V/cell， 判定電池壽命結束，循環實驗中止。
[0096] 實施例5樣品電池，第一大循環后容量:11小時31分52秒;第二大循環后容量:10小時27分13秒;第三大循環開始后，A階段中放電9小時時，電池單格電壓低于1.5V/cell，判定電池壽命結束，循環實驗中止。[0〇97] 實施例6樣品電池，第一大循環后容量:10小時53分49秒;第二大循環后容量:10小時21分12秒;第三大循環開始后，A階段中放電9小時時，電池單格電壓低于1.5V/cell，判定電池壽命結束，循環實驗中止。[〇〇98] 上述結果說明:[〇〇99]與實施例1樣品電池(聚四氟乙烯和碳纖維均沒有添加)、實施例5樣品電池(僅添加聚四氟乙烯)和實施例6樣品電池(僅添加碳纖維)，同時添加鉛粉重量0.10%?0.15% (重量百分數)的聚四氟乙烯和鉛粉重量0.05%?0.15% (重量百分數)的含碳量95%以上、 抗拉強度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9%的碳纖維的實施例2樣品電池、實施例3樣品電池、實施例4樣品電池深循環性能有顯著改善。
[0100]以上所述僅為本發明的較佳實施方式而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種鉛酸蓄電池正極鉛膏配方，其特征在于:所述正極板鉛膏配方包括以下質量份 的組分，鉛粉:100份；聚四氟乙烯:0.10-0.15份；碳纖維:0.05-0.15份。2.如權利要求1所述的鉛酸蓄電池正極鉛膏配方，其特征在于:所述聚四氟乙烯采用質 量濃度為20?80%的聚四氟乙烯溶液。3.如權利要求1所述的鉛酸蓄電池正極鉛膏配方，其特征在于:所述碳纖維采用含碳量 95%以上、抗拉強度3500兆帕以上、孔隙率小于0.9%的碳纖維。4.如權利要求1所述的鉛酸蓄電池正極鉛膏配方，其特征在于:還包括以下質量份的組 分，比重 1.20-1.60g/cc 的稀硫酸 8.4-10.4份；純水10-13份；短纖維0.05-0.15公斤。5.如權利要求4所述的鉛酸蓄電池正極鉛膏配方，其特征在于:所述短纖維包括滌綸、 錦綸、腈綸、維綸和氨綸。
【文檔編號】H01M4/62GK106058246SQ201610628670
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月3日
【發明人】邵雙喜, 段和勛, 趙鳳翔
【申請人】湖北潤陽新能源有限公司