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一種高性能AGM電池用負極鉛膏及其制備方法.pdf

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一種 性能 AGM 電池 負極 及其 制備 方法
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摘要
申請專利號:

CN201310444445.4

申請日:

2013.09.26

公開號:

CN103456930B

公開日:

2015.01.14

當前法律狀態:

有效性:

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01M 4/38申請日:20130926|||公開
IPC分類號: H01M4/38; H01M4/62 主分類號: H01M4/38
申請人: 湖北駱駝蓄電池研究院有限公司
發明人: 李建華; 鐘銳; 王天成; 孟剛; 戴經明; 高國興
地址: 441000 湖北省襄樊市襄陽市高新區漢江北路65號湖北駱駝蓄電池研究院有限公司
優先權:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310444445.4

授權公告號:

103456930B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.14|||2014.01.15|||2013.12.18

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明屬于鉛蓄電池技術領域,涉及一種提高AGM電池動態充電接受特性的負極鉛膏及其制備方法。該負極鉛膏能夠使得AGM電池在具有壽命長、起動能力強的優點的情況下,提高動態充電接受性能,減少長時間處于部分電荷狀態下負極板極易發生硫酸鹽化的情況,進一步滿足起停車要求。

權利要求書

權利要求書
1.  一種高性能AGM電池用負極鉛膏,由下述重量單位的物質組成:鉛粉90-110份、硫酸鋇0.2-2份、混合有機膨脹劑0.1-3份、混合碳添加劑0.1-4份、硫酸2-10份以及水9-18份;其中,混合碳添加劑由中高比表面積碳黑0.1-1份和低比表面積導電碳黑0.1-1份組成;中高比表面積碳黑是指比表面積為200-2000m2/g的碳黑;低比表面積導電碳黑是指比表面積小于100m2/g,電阻率≤1.8Ω·m的碳黑;混合有機膨脹劑是由質量比為16:1-1:1的腐殖酸和木素磺酸鈉組成。

2.  如權利要求1所述的一種高性能AGM電池用負極鉛膏,其特征在于,由下述重量單位的物質組成:鉛粉100份、硫酸鋇0.4-1份、混合有機膨脹劑0.4-1份、混合碳添加劑0.2-2份、硫酸3-7份以及水10-15份。

3.  如權利要求1所述的一種高性能AGM電池用負極鉛膏,其特征在于,所述鉛粉中含有質量分數75-85%的PbO。

4.  如權利要求1所述的一種高性能AGM電池用負極鉛膏,其特征在于,混合有機膨脹劑是由質量比為8:1-3:2的腐殖酸和木素磺酸鈉組成。

5.  如權利要求1所述的一種高性能AGM電池用負極鉛膏,其特征在于,混合碳添加劑中的中高比表面積碳黑與低比表面積導電碳黑的質量比為1:1-1:3。

6.  如權利要求1所述的一種高性能AGM電池用負極鉛膏,其特征在于,硫酸的密度為1.2-1.8g/cm3。

7.  一種采用權利要求1-6任一權利要求所述的負極鉛膏制成的AGM電池。

8.  如權利要求1-6任一權利要求所述的高性能AGM電池用負極鉛膏的制備方法,
步驟如下:
1)水混膨脹劑與碳添加劑:
將混合膨脹劑與混合碳添加劑加入水攪拌均勻,得水混膨脹劑與碳添加劑混合物I;
2)濕混鉛粉:
在鉛粉中加入步驟1)所得的水混膨脹劑與碳添加劑混合物I,攪拌均勻,得混合物II;
3)淋酸:
邊攪拌邊以噴淋狀向步驟2)所得混合物II中加入硫酸,得淋酸混合物II;
4)合膏:
將步驟3)所得淋酸混合物II快速攪拌均勻,出膏即得起停AGM蓄電池負極鉛膏。

9.  如權利要求8所述的高性能AGM電池用負極鉛膏的制備方法,其特征在于,步驟4)中合膏過程中應控制合膏溫度為40-60℃。

10.  如權利要求9所述的高性能AGM電池用負極鉛膏的制備方法,其特征在于,出膏溫度為20-30℃。

說明書

說明書一種高性能AGM電池用負極鉛膏及其制備方法
技術領域
本發明屬于鉛蓄電池技術領域,涉及一種高性能AGM電池用負極鉛膏及其制備方法,具體涉及一種提高AGM電池動態充電接受特性的負極鉛膏及其制備方法。
背景技術
節能環保是未來汽車的發展方向。歐洲已經立法,計劃在2015年將汽車的CO2排放量降低到120g/km以下(高于歐Ⅳ標準),這使得歐洲所有汽車生產廠家不得不采取新的減排系統和輔助動力裝置,而采用stop/start(起動停止)系統的微混合動力汽車,只需對汽車電器系統進行較小改進,將現有汽車上的發電機改為發動/發電機,增加一套stop/start(起動停止)管理系統,采用高功率、長壽命的新型AGM電池(鉛酸蓄電池),整車成本少量增加,就可以實現在城市公路狀況下,減少3%-8%的CO2排放量,節油3%-5%的效果,是未來10-20年內市場接受性和推廣性極好的方案。
所謂快速起停技術,就是車輛在擁堵或等紅燈時自動關閉發動機,此時汽車的電氣設備,如收音機和衛星導航系統等由電池提供電力;當駕駛員踩下離合器、油門或松開制動踏板時又會迅速自動起動發動機,由電池提供電力啟動引擎;而當汽車下坡或急剎車時瞬間產生的能量又能夠迅速轉化成電能被電池接受。這些都要求電池即使頻繁使用處于部分荷電狀態下,也要具有足夠的電量、良好的放電特性;同時具有優良的充電特性,能夠接受高倍率充電電流,也就是具有良好的動態充電接受能力。
傳統的AGM電池具有壽命長、起動能力強的特點,但是應用于起停汽車時,長時間處于部分電荷狀態下,負極板極易發生硫酸鹽化,充電接受性能尤其是動態充電接受性能較差,電池因充電困難而壽命終止,難以滿足起停車要求。
趙杰權等(混合動力車用閥控式鉛酸蓄電池負極碳添加劑的研究進展.J.蓄電池,2010,47(05))介紹了混合動力車用閥控式鉛酸蓄電池負極加碳的最新研發進展。文中指出加入較高含量碳材料對鉛酸蓄電池性能有所改善,如增加導電性,使硫酸鉛分布均勻,增加比表面積,降低極化,增大電容作用等,也指出了加入碳后一些不利的影響,如指出在負極鉛膏中直接加大量的碳在循環過程中容易造成鉛膏的脫落,降低電池的壽命。這樣就嚴重影響了鉛酸蓄電池在配套產品中的正常使用。
中國專利CN102074744B公開了一種含有鉛炭復合材料的鉛炭超級蓄電池,該鉛炭超級蓄電池的負極活性物質中含有具有高比電容的鉛炭復合材料。鉛炭超級電池的負極材料包括1-75%重量份的鉛、2-95%重量份的高比電容的鉛炭復合材料及1.5-5%重量份的添加劑。本發明提出的鉛炭超級電池制作工序少、內部結構簡單、成本低,而且負極鉛膏不容易脫落,使用循環壽命更長。但是將其應用于起停汽車時,仍然存在長時間處于部分電荷狀態下,負極板極易發生硫酸鹽化,充電接受性能尤其是動態充電接受性能較差,電池因充電困難而壽命終止,難以滿足起停車要求的問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠適用于起停汽車用AGM電池負極鉛膏,該負極鉛膏能夠使得AGM電池在具有壽命長、起動能力強的優點的情況下,提高動態充電接受性能,減少長時間處于部分電荷狀態下負極板極易發生硫酸鹽化的情況,進一步滿足起停車要求。與傳統的AGM電池不同之處在于,為滿足起停汽車部分荷電狀態下高倍率充電、放電、長壽命需求,尤其是剎車能量回收功能,減少電池硫酸鹽化和提高充電接受性能,即使提高再多的低比表面積傳統碳黑或乙炔黑也不能夠滿足起停車使用要求,而且在提高充電接受性能的同時可能會帶來電池起動、水耗等性能的下降。
上述目的是通過如下技術方案得以實現的:
一種高性能AGM電池用負極鉛膏,由下述重量單位的物質組成:鉛粉90-110份、硫酸鋇0.2-2份、混合有機膨脹劑0.1-3份、混合碳添加劑0.1-4份、硫酸2-10份以及水9-18份;所述鉛粉中含有質量分數75-85%的PbO。
優選的,一種高性能AGM電池用負極鉛膏,由下述重量單位的物質組成:鉛粉100份、硫酸鋇0.4-1份、混合有機膨脹劑0.4-1份、混合碳添加劑0.2-2份、硫酸3-7份以及水10-15份,優選水為純凈水。
其中,混合碳添加劑由0.1-1份的中高比表面積碳黑和0.1-1份的低比表面積導電碳黑組成。中高比表面積碳黑是指比表面積為200-2000m2/g的碳黑;低比表面積導電碳黑是指比表面積小于100m2/g,電阻率≤1.8Ω·m的碳黑。
上述混合碳添加劑中的中高比表面積碳黑與低比表面積導電碳黑的質量比優選為1:1-1:3。試驗表明,混合碳添加的量和比例很重要,過量的碳會導致電池因析氫嚴重、水耗增加而壽命終止,不適宜的比例反而會影響電池的充電接受、起動和壽命。
混合有機膨脹劑是由質量比為16:1-1:1的腐殖酸和木素磺酸鈉組成;優選為由質量比為8:1-3:2的腐殖酸和木素磺酸鈉組成。
硫酸優選為密度為1.2-1.8g/cm3(25℃)的硫酸,進一步優選為密度為1.39-1.49g/cm3(25℃)的硫酸,具體優選為密度為1.4g/cm3(25℃)的硫酸。
本發明提供一種高性能AGM電池,該電池采用上述技術方案所得負極鉛膏。
本發明的另一目的是提供一種上述起停AGM蓄電池負極鉛膏的制備方法,步驟如下:
1)水混膨脹劑與碳添加劑:
將混合膨脹劑與混合碳添加劑加入水攪拌均勻,得水混膨脹劑與碳添加劑混合物I;
2)濕混鉛粉:
在鉛粉中加入步驟1)所得的水混膨脹劑與碳添加劑混合物I,攪拌均勻,得混合物II;
3)淋酸:
邊攪拌邊以噴淋狀向步驟2)所得混合物II中加入硫酸,得淋酸混合物II;
4)合膏:
將步驟3)所得淋酸混合物II快速攪拌均勻,出膏即得起停AGM蓄電池負極鉛膏。
其中,步驟4)中合膏過程中應控制合膏溫度小于65℃,優選為40-60℃;出膏溫度低于45℃,優選為20-30℃。
與傳統技術相比,本發明具有以下有益效果:
1)本發明采用了特種混合碳添加技術,大大提升了電池的動態接受特性,同時也實現了電池綜合性能的提高。滿足起停汽車部分荷電狀態下高倍率充電、放電、長壽命需求,尤其是剎車能量回收功能,減少電池硫酸鹽化和提高充電接受性能;
2)本發明所得鉛膏是針對起停AGM蓄電池在較低的充電電壓下運行,具有優良的充電接受性能、低溫起動性能和長壽命,參照福特標準ES-DS7T-10655-AA,起停耐久性可達10萬次以上,遠遠高于普通AGM電池和一般富液免維護鉛酸蓄電池;
3)本發明所得鉛膏能夠瞬間接受大電流充電。試驗數據表明,按照當今國際先進的福特標準(ES-DS7T-10655-AA)進行性能檢測,采用本發明負極鉛膏制造的蓄 電池,其動態充電接受性能高達200A,主要技術性能指標都可以達到標準要求,能夠滿足汽車用戶的要求;
4)本發明技術方案工藝簡單易控,成本低廉,適合工業化生產。
具體實施方式
以下內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明,不可認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發明構思的前提下,還可以做出若干簡單推演或替換,都應當視為屬于本發明的保護范圍,本發明用到、但未進行說明的技術和指標部分,均為現有技術。
實施例1
將100kg鉛粉(內含質量分數75%的PbO)加入合膏機中。將0.1kg中高比表面積碳黑、0.3kg低比表面積導電碳黑、0.5kg的超細硫酸鋇、0.1kg的木素磺酸鈉、0.5kg的腐植酸加入水混槽,然后加入10kg的凈化水,高速攪拌混合均勻后注入合膏機中,與鉛粉進行濕混合均勻后,快速淋入密度為1.400g/cm3(25℃)的硫酸9kg,合膏過程中控制合膏溫度在60℃,攪拌均勻,降溫至40℃,出膏即得負極鉛膏。
實施例2
將90kg鉛粉(內含質量分數75%的PbO)加入合膏機中。將1kg中高比表面積碳黑、0.2kg低比表面積導電碳黑、0.3kg的超細硫酸鋇、0.1kg的木素磺酸鈉、0.1kg的腐植酸加入水混槽,然后加入10kg的凈化水,高速攪拌混合均勻后注入合膏機中,與鉛粉進行濕混合均勻后,快速淋入密度為1.42g/cm3(25℃)的硫酸3kg,合膏過程中控制合膏溫度在60℃,攪拌均勻,降溫至40℃,出膏即得負極鉛膏。
實施例3
將100kg鉛粉(內含質量分數80%的PbO)加入合膏機中。將0.8kg中高比表面積碳黑、1kg低比表面積導電碳黑、0.5kg的超細硫酸鋇、2kg的木素磺酸鈉、0.2kg的腐植酸加入水混槽,然后加入15kg的凈化水,高速攪拌混合均勻后注入合膏機中,與鉛粉進行濕混合均勻后,快速淋入密度為1.42g/cm3(25℃)的硫酸7kg,合膏過程中控制合膏溫度在50℃,攪拌均勻,降溫至30℃,出膏即得負極鉛膏。
實施例4
將100kg鉛粉(內含質量分數80%的PbO)加入合膏機中。將0.1kg中高比表面積碳黑、0.2kg低比表面積導電碳黑、1kg的超細硫酸鋇、1kg的木素磺酸鈉、0.2kg 的腐植酸加入水混槽,然后加入15kg的凈化水,高速攪拌混合均勻后注入合膏機中,與鉛粉進行濕混合均勻后,快速淋入密度為1.45g/cm3(25℃)的硫酸3kg,合膏過程中控制合膏溫度在50℃,攪拌均勻,降溫至30℃,出膏即得負極鉛膏。
實施例5
將100kg鉛粉(內含質量分數85%的PbO)加入合膏機中。將0.5kg中高比表面積碳黑、0.1kg低比表面積導電碳黑、0.2kg的超細硫酸鋇、0.3kg的木素磺酸鈉、0.1kg的腐植酸加入水混槽,然后加入9kg的凈化水,高速攪拌混合均勻后注入合膏機中,與鉛粉進行濕混合均勻后,快速淋入密度為1.45g/cm3(25℃)的硫酸2kg,合膏過程中控制合膏溫度在40℃,攪拌均勻,降溫至20℃,出膏即得負極鉛膏。
驗證實施例
將上述實施例1-5所得負極鉛膏,分別涂在專用板柵上,經40℃、95%RH固化24h,再經70℃、20%RH干燥24h制造出負生板。正生板采用起停AGM電池正極鉛膏及極板制做工藝制造。
經極板化成、干燥、分板后,極板包覆AGM隔板,裝入專用殼體,封閉成為高性能AGM電池。
然后將所得高性能AGM電池參照福特標準ES-DS7T-10655-AA進行性能驗證,并同時與普通AGM電池(市售產品),以及傳統富液免維護鉛酸蓄電池(如CN2192080A中公開的)。驗證結果(以70Ah電池為例)見表1所示:
表1



由表1數據可以看出,采用新型負極鉛膏制作的起停AGM蓄電池與一般富液免 維護鉛酸蓄電池有相當的低溫起動能力和良好的充電性能,而動態充電接受性能則遠遠高于普通AGM電池和富液電池,并且獲得了更長起停壽命。

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