一种铅基蓄电池的轻质导电陶瓷极板的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铅基蓄电池的轻质导电陶瓷极板的制备方法，包括堇青石粉和石墨粉，其制备步骤为a.堇青石粉与酚醛树脂混合；b.石墨粉与步骤a的混合物混合，置于模具；c.将模具置于高温炉中加热；d.在降温至室温的陶瓷极板基体表面热喷涂一层亚氧化钛薄膜。本发明专利技术应用于铅基蓄电池，其质量轻，结构强度高，大幅减少了重金属铅的使用量，具有较好的导热性和导电率，电流密度高，电池性能和贮存性能好，充放电效率高且使用寿命延长。

【技术实现步骤摘要】
一种铅基蓄电池的轻质导电陶瓷极板的制备方法
：本专利技术涉及一种铅基蓄电池的一个部件，特别是指铅基蓄电池的使用的一种导电陶瓷极板的制备方法。
技术介绍
：二次电源在现代社会中发挥着极为重要的作用，尤为是动力电池作为清洁能源得到重视，现在一般使用的动力电池主要为两类，一类是锂电池，另一类是传统的铅酸(基)蓄电池。前者是体积相对较小，但缺点是价格昂贵且在温度稍高的情况下易发生火灾或爆炸，作为动力电池还难以被时常接受，后者是价格低廉，技术成熟，性能安全稳定，但相对体积重量均较大，特别是使用大量的重金属铅，其制备和回收过程均会产生重金属污染。在上述的铅基蓄电池中，铅基活性物质的理论比能量为170w.h/kg，而实际的铅基蓄电池的比能量仅为上述的理论比能量的五分之一。比能量低的主要原因，一是活性物质反应效率低于50％，另一个是HSO4-离子受极板厚度，材质制约，板栅和其它非成流物质占近40％，活性物质、板栅质量、电解质密度之间的关系极不合理。因此，如何解决现有铅基蓄电池的缺陷，提高铅酸蓄电池的性能，仍是解决动力电池的一个方向和急待解决的问题。
技术实现思路
：本专利技术的专利技术目的是公开一种质量轻、强度好的无铅导电陶瓷极板的制备方法。实现本专利技术的技术解决方案如下：包括堇青石粉和石墨粉，轻质导电陶瓷的制备步骤如下(组分按重量百分比计)：a.35～50％的堇青石粉(粒度为5～15μm)与5～10％的酚醛树脂混合，捏压混合后静置4～5小时；b.40～50％的石墨粉与步骤a的混合物混合后，置于模具中压制，将模具置于加热炉中加热至70～80℃，保温1～2小时，以进一步塑化模具中的混合物料和初步干燥；c.将步骤b中的带有混合物料的模具置于高温炉中加热，加热过程如下：①加热至200～220℃，保温10～30分钟；②加热至800～850℃，升温速率为100℃/h，同时对模具施加一个振动和压力；③加热至1300～1350℃，升温速率为150℃/h，保温1～2小时，保持压力；④降温过程为：1300～1350℃降至800℃，对模具减压，然后自然降温至常温，卸去模具得极板基体；d.在降温至室温的陶瓷极板基体表面热喷涂一层亚氧化钛薄膜得所述的轻质导电陶瓷成品。所述的步骤b中，在堇青石粉与酚醛树脂混合时，加入粒度为5～20nm的纳米级膨润土颗粒。所述的步骤b中，在混合物料混合时，加入金属铝粉和/或超细碳化硅粉。所述的超细碳化硅粉的构成是含70～80％的粒度为50nm～200nm的碳化硅粉和30～20％的粒度为10μm～50μm的碳化硅粉。所述的步骤c-③时，在对模具施加压力的同时，对模具施加一个振动力，振动力的振幅为0.5～1mm。在步骤c-④过程中，减压过程是压力随着温度的下降，匀速解除施加的压力，在800℃时，施加的压力解除。所述的亚氧化钛薄膜的构成(按重量百分比计)是：10～15％的聚乙烯醇、0.3～1％的羧甲基纤维素纳、10～12％的亚氧化钛粉和余量为水，各组分混合后搅拌加热至50～80℃得含亚氧化钛液体。所述的亚氧化钛薄膜为网格状或为有间隔的多根条状构成。本专利技术公开的轻质导电陶瓷极板是应用于铅基蓄电池，其优点是质量轻，结构强度高，具有特定的孔隙率和孔隙的适当尺寸，具有较好的导热性和导电率。本专利技术作为蓄电池的极板首先是大幅减少了重金属铅的使用量，减小了铅污染，同时得到一种电流密度高，电池性能和贮存性能好，充放电效率高且使用寿命延长的铅基蓄电池，是传统铅基蓄电池领域的重大进步。具体实施方式：下面详细给出本专利技术的具体实施方式，需要说明的对具体实施方式的详细描述是为便于对本专利技术的技术实质的全面理解，不应视为是对本专利技术的权利要求的保护范围的限制。本专利技术的具体实施例的技术解决方案如下：包括堇青石粉和石墨粉，关键是轻质导电陶瓷的制备步骤如下(组分按重量百分比计)：a.35～50％的堇青石粉(粒度为5～15μm)与5～10％的酚醛树脂混合，捏压混合后静置4～5小时；b.40～50％的石墨粉与步骤a的混合物混合后，置于模具中压制，将模具置于加热炉中加热至70～80℃，保温1～2小时，以进一步塑化模具中的混合物料和初步干燥；c.将步骤b中的带有混合物料的模具置于高温炉中加热，加热过程如下：①加热至200～220℃，保温10～30分钟；②加热至800～850℃，升温速率为100℃/h，同时对模具施加一个振动和压力；③加热至1300～1350℃，升温速率为150℃/h，保温1～2小时，保持压力；④降温过程为：1300～1350℃降至800℃，对模具减压，然后自然降温至常温，卸去模具得极板基体；d.在降温至室温的陶瓷极板基体表面热喷涂一层亚氧化钛薄膜得所述的轻质导电陶瓷成品。上述的堇青石材料是一种通常用于陶瓷或玻璃行业的原料，属于斜晶方系，其物理特性是热膨胀系数小，在本专利技术中堇青石的主要作用是构成陶瓷的基体，石墨粉在本专利技术中的主要作用是导电作用和热传导作用，同时起到一定的基体结构作用。在上述的步骤a中，堇青石粉与酚醛树脂混合后，酚醛树脂可浸入堇青石颗粒，在捏压混合后静置4～5小时，进一步使酚醛树脂浸入堇青石颗粒，并使堇青石初步塑化，在上述的步骤b中，随着温度的增加，一方面提高堇青石的塑化程度，另一方面使酚醛树脂中的可挥发成分初步挥发，使模具中的混合物料初步干燥；在步骤c-①中，混合物料加热至200～220℃和保温，使混合物料中的可挥发成分进一步挥发，混合物料按模具的形状要求基本成型且基本固化，大量挥发物的逸出有助于提高烧结后的孔隙为小尺寸孔隙，并有助于提高陶瓷极板的结构强度；在上述的步骤c-②中，酚醛树脂碳化，一部分气体成分在高温下逸出，一部分气体在基体内形成孔隙，对模具施加一个振动和压力，压力为1～2Mpa即可，亦可适当增加或减小，振动为每秒5～10次和振幅为3～5mm，上述的压力可进一步提高基体内气体的逸出，振动可使孔隙数量增加而形成大比例的小孔隙，以使石墨粉分布在大量的小孔隙内而提高石墨粉的分散均匀性，以提高基体的导电和传热性能，这一步骤十分重要，对提高导电和传热性能至关重要，且酚醛树脂在这一阶段碳化形成热解碳，其与基体的陶瓷成分和石墨粉之间起到连接作用；在上述的步骤c-③中，酚醛树脂完全碳化，且基体在1300～1350℃也烧结成型，该升温过程为陶瓷成分的成长过程，保持上述的压力可使片状的陶瓷极板的基体内的晶体结构向平面方向生长，使极板的结构强度更佳；在上述的步骤c-④中，从烧结的1300～1350℃至800℃的降温过程，解除前述对模具的施压，该减压过程是压力随着温度下降，匀速下降施加的压力，在800℃时，施加的压力解除，由于陶瓷基体在高温烧结完成后，在降温冷却过程陶瓷基体内会有热应力存在，该热应力一方面会使陶瓷基体变脆，另一方面会在部分热应力消失过程中在陶瓷基体内产生大量的微小裂纹，这些微裂纹的存在一方面降低陶瓷基体的结构强度，一方面会降低陶瓷基体的导电率，故上述从高温状态降温过程中，有控制地施放施加的压力，使陶瓷基体在降温过程中产生微小的逐渐产生变形，从而消除陶瓷基体中热应力的存在，对提高陶瓷基体的性能有较好的提高。在降温至室温的陶瓷极板基体表面热喷涂一层亚氧化钛薄膜得所述的轻质导电陶瓷成品，上述的亚氧化钛薄膜可进一步提高轻质导电陶瓷极板的导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铅基蓄电池的轻质导电陶瓷极板的制备方法，包括堇青石粉和石墨粉，其特征在于轻质导电陶瓷的制备步骤如下(组分按重量百分比计)：a.35～50％的堇青石粉(粒度为5～15μm)与5～10％的酚醛树脂混合，捏压混合后静置4～5小时；b.40～50％的石墨粉与步骤a的混合物混合后，置于模具中压制，将模具置于加热炉中加热至70～80℃，保温1～2小时，以进一步塑化模具中的混合物料和初步干燥；c.将步骤b中的带有混合物料的模具置于高温炉中加热，加热过程如下：①加热至200～220℃，保温10～30分钟；②加热至800～850℃，升温速率为100℃/h，同时对模具施加一个振动和压力；③加热至1300～1350℃，升温速率为150℃/h，保温1～2小时，保持压力；④降温过程为：1300～1350℃降至800℃，对模具减压，然后自然降温至常温，卸去模具得极板基体；d.在降温至室温的陶瓷极板基体表面热喷涂一层亚氧化钛薄膜得所述的轻质导电陶瓷成品。

【技术特征摘要】
1.一种铅基蓄电池的轻质导电陶瓷极板的制备方法，包括堇青石粉和石墨粉，其特征在于轻质导电陶瓷的制备步骤如下(组分按重量百分比计)：a.35～50％的堇青石粉(粒度为5～15μm)与5～10％的酚醛树脂混合，捏压混合后静置4～5小时；b.40～50％的石墨粉与步骤a的混合物混合后，置于模具中压制，将模具置于加热炉中加热至70～80℃，保温1～2小时，以进一步塑化模具中的混合物料和初步干燥；c.将步骤b中的带有混合物料的模具置于高温炉中加热，加热过程如下：①加热至200～220℃，保温10～30分钟；②加热至800～850℃，升温速率为100℃/h，同时对模具施加一个振动和压力；③加热至1300～1350℃，升温速率为150℃/h，保温1～2小时，保持压力；④降温过程为：1300～1350℃降至800℃，对模具减压，然后自然降温至常温，卸去模具得极板基体；d.在降温至室温的陶瓷极板基体表面热喷涂一层亚氧化钛薄膜得所述的轻质导电陶瓷成品。2.根据权利要求1所述的铅基蓄电池的轻质导电陶瓷极板的制备方法，其特征在于所述的步骤b中，在堇青石粉与酚醛树脂混合时，加入粒度为5～20nm的纳米级膨润土颗粒。3.根据权利要求1或2所述的铅基蓄电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宝华，
申请(专利权)人：中宝天津集团有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12