一种铅酸蓄电池正极铅膏及正极板的制备方法技术

一种铅酸蓄电池正极铅膏，所述正极铅膏包括如下质量添加比的组分，铅粉：短纤维：钡掺杂氮化碳：纯净水：稀硫酸=100：（0.05

【技术实现步骤摘要】
一种铅酸蓄电池正极铅膏及正极板的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种铅酸蓄电池正极铅膏及正极板的制备方法，属于铅酸蓄电池


技术介绍

[0002]一般来说，铅酸电池主要由正极板、负极板、电解液、隔板和壳体等部分组成。这其中，通过将铅膏涂覆在板栅上制得的极板，对铅酸电池的电学性能起着至关重要的作用。铅酸电池的正极中主要的活性物质是极为细小的PbO2，其颗粒尺寸在纳米级，其中α-PbO2主要是作为骨架型成分起到连接活性物质的作用，而β-PbO2主要起到释放电量的作用。当电池放电时，二氧化铅正极作为阴极，PbO2被还原成Pb
2+
与电解液中的SO
42-发生反应，形成溶解度很小的PbSO4沉积到正极板中，并释放出氧离子与电解液中的H
+
生成H2O。在电池充电时，正极板作为阳极，其中的PbSO4被氧化生成Pb
4+
和SO
42-，Pb
4+
将会夺取水分子中的氧形成PbO2沉积在正极上，并释放出H
+
到电解液中。
[0003]铅酸电池长期处于未充满电的荷电状态时，会导致极板中PbSO4不断生长成为晶型完整且粗大的晶粒，使得其电化学活性降低，进而导致电池的使用寿命结束。一般而言，因正极活性物质中氧化性太强会使得PbSO4晶粒的生长变得困难，其硫酸盐化程度较慢。但当铅酸电池进行深度充放电循环时，正极活性物质中作为骨架的α-PbO2将会被还原生成PbSO4，而充电时酸性环境会使PbSO4全部转换为β-PbO2。这将使正极中起到连接支撑的α-PbO2越来越少，活性物质逐渐松散脱落，最终导致电池使用寿命提前结束。深放电循环、亏电状态下的循环都会造成硫酸盐化加快，尤其是铅酸电池的工作环境温度过高时，由于内能的提高，PbSO4晶粒的重结晶生长变得相对容易，硫酸盐化随之加快，同时充电时PbSO4氧化生成的β-PbO2也会生长容易且分散，使得PAM的软化、脱落现象更加明显，制约了蓄电池的高温寿命循环。
[0004]目前行业上经典的起动型铅酸电池的正极铅膏配方中，除去铅粉、纯水和稀硫酸等基础原材料外，只有短纤维，少数电池中会添加一些4BS晶种，期望以此提高正生极板中4BS的含量，进而使正极中含有更多的α-PbO2来延长使用寿命。但是，研究发现，生极板中4BS含量的提高，并不能有效提高正极板中α-PbO2的含量，没有起到预期的作用(孙海涛等，叠板码放方式固化对正生极板的影响[J]，《蓄电池》，2019，56(3)，120-133)。因此，需要采取其他的有效措施，来减缓铅酸电池正极板的盐化、软化、脱落进程，从而起到延长电池在亏电状态及高温环境下的深循环寿命。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服现有技术弊端，提供一种铅酸蓄电池正极铅膏及正极板的制备方法，在正极铅膏的添加剂中添加钡掺杂氮化碳，有效地抑制了正极的硫酸盐化现象，同时有效抑制了正极活性物质的软化、脱落，进而延长铅酸电池的使用时间，特别是亏电状态循环和高温使用时间。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种铅酸蓄电池正极铅膏，所述正极铅膏包括如下质量添加比的组分，铅粉：短纤维：钡掺杂氮化碳：纯净水：稀硫酸＝100：(0.05-0.5)：(0.1-1.0)：(10-15)：(6-10)。
[0008]上述铅酸蓄电池正极铅膏，所述钡掺杂氮化碳的主要成分为石墨相氮化碳，钡元素为成核剂，所述钡掺杂氮化碳的平均粒径小于5μm，比表面积为10-500m2/g，其制备方法包括如下步骤：
[0009]①
称取一定量的Ba(OH)2，加入到溶剂中，充分搅拌至完全溶解，得到Ba(OH)2溶液，Ba(OH)2溶液的浓度为0.01-5wt％；
[0010]②
称取一定量的三聚氰胺，加入到Ba(OH)2溶液中，得到钡掺杂三聚氰胺前躯体混浊液，三聚氰胺与Ba(OH)2的质量比控制在100：(0.1-10)，对混浊液进行充分搅拌0.1-300min后，静置0.1-12h；
[0011]③
将静置好的钡掺杂三聚氰胺前躯体混浊液在40-120℃下烘干1-24h，得到钡掺杂三聚氰胺前躯体粉末；
[0012]④
将得到的钡掺杂三聚氰胺前躯体粉末加热至400-800℃，并保温焙烧0.5-6h，得到钡掺杂氮化碳颗粒；
[0013]⑤
将得到的钡掺杂氮化碳颗粒进行研磨，得到用于铅酸电池的钡掺杂氮化碳材料。
[0014]上述铅酸蓄电池正极铅膏，所述步骤
①
中，溶剂为甲醇、乙醇、水中的一种或多种。
[0015]上述铅酸蓄电池正极铅膏，所述步骤
④
中，焙烧时钡掺杂三聚氰胺前躯体粉末置于带盖的坩埚中，或处于保护气氛下，保护气氛为CO2、N2、He和Ar中的一种或几种。
[0016]上述铅酸蓄电池正极铅膏，所述铅粉的氧化度为60-98％，其中一百重量份的铅粉中，PbO和Pb的质量比为(60-98)：(40-2)。
[0017]上述铅酸蓄电池正极铅膏，所述短纤维为腈纶纤维、聚酯纤维和聚丙烯腈纤维中的一种或多种，长度为1-15mm。
[0018]上述铅酸蓄电池正极铅膏，所述纯净水的导电率≤0.33μs/cm，稀硫酸溶液为分析纯，其密度为1.1-1.6g/cm3。
[0019]一种正极板的制备方法，利用上述的铅酸蓄电池正极铅膏制备正极板，包括如下步骤：
[0020]①
铅粉、短纤维、钡掺杂氮化碳按100：(0.05-0.5)：(0.1-1.0)的质量比例进行搅拌混合均匀；
[0021]②
向步骤
①
中得到的混合物中加入混合物质量10-15％的水，充分搅拌1-30min，再加入混合物质量6-10％的稀硫酸水溶液，充分搅拌1-30min得到铅膏；
[0022]③
将铅膏平整地刮涂在板栅上，铅膏厚度为0.5-10mm，20-80℃固化1～50h，固化过程中的相对湿度为90-100％，然后50-100℃下干燥0.5-24h，干燥过程中的相对湿度为0-20％，得到正极板。
[0023]上述正极板的制备方法，所述步骤
②
中得到的正极铅膏的密度为3.5-4.5g/cm3。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术正极铅膏中添加有钡掺杂氮化碳添加剂，能稳定存在于正极活性物质中，且不会降低正极活性物质的导电性，钡掺杂氮化碳既可以稳定导电又可以延缓正极活性物
质的颗粒增大、硫酸盐化和凝聚力降低现象的发生，从而避免正极活性物质颗粒凝聚力降低导致过早脱落。用本专利技术钡掺杂氮化碳作为正极添加剂制备的铅酸蓄电池，具有比普通正极板更高的静态充电接受能力、深循环寿命和高温寿命，例如50％循环寿命提高了18.9％。
[0026]本专利技术钡掺杂氮化碳材料的制备方法，即直接使用三聚氰胺作为碳源和氮源，通过浸渍法使Ba元素均匀分布，经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铅酸蓄电池正极铅膏，其特征在于：所述正极铅膏包括如下质量添加比的组分，铅粉：短纤维：钡掺杂氮化碳：纯净水：稀硫酸=100：（0.05-0.5）：（0.1-1.0）：（10-15）：（6-10）。2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池正极铅膏，其特征在于：所述钡掺杂氮化碳的主要成分为石墨相氮化碳，钡元素为成核剂，所述钡掺杂氮化碳的平均粒径小于5μm，比表面积为10-500 m2/g，其制备方法包括如下步骤：
①
称取一定量的Ba（OH）2，加入到溶剂中，充分搅拌至完全溶解，得到Ba（OH）2溶液，Ba（OH）2溶液的浓度为0.01-5 wt %；
②
称取一定量的三聚氰胺，加入到Ba（OH）2溶液中，得到钡掺杂三聚氰胺前躯体混浊液，三聚氰胺与Ba（OH）2的质量比控制在100：（0.1-10），对混浊液进行充分搅拌0.1-300min后，静置0.1-12h；
③
将静置好的钡掺杂三聚氰胺前躯体混浊液在40-120℃下烘干1-24h，得到钡掺杂三聚氰胺前躯体粉末；
④
将得到的钡掺杂三聚氰胺前躯体粉末加热至400-800℃，并保温焙烧0.5-6h，得到钡掺杂氮化碳颗粒；
⑤
将得到的钡掺杂氮化碳颗粒进行研磨，得到用于铅酸电池的钡掺杂氮化碳材料。3.根据权利要求2所述的铅酸蓄电池正极铅膏，其特征在于：所述步骤
①
中，溶剂为甲醇、乙醇、水中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的铅酸蓄电池正极铅膏，其特征在于：所述步骤
④
中，焙烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海涛，陈志雪，陈二霞，霍玉龙，王再红，高鹤，闫娜，张霄喃，
申请(专利权)人：风帆有限责任公司，
类型：发明
国别省市：