專利名稱：一種鉛酸蓄電池正極添加劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池領(lǐng)域，特別是一種鉛酸蓄電池正極添加劑。
背景技術(shù)：
鉛酸蓄電池在循環(huán)使用時(shí)，主要的壽命衰減模式是正極鉛膏的軟化變態(tài)。其實(shí)質(zhì) 是鉛膏結(jié)晶體的變化，導(dǎo)致鉛膏極度軟化失效。因此，如何保護(hù)鉛膏結(jié)晶體在循環(huán)使用過程 不變化，是提高鉛酸蓄電池循環(huán)壽命的關(guān)鍵。聚四氟乙烯是由四氟乙烯經(jīng)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(gè)螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎覆蓋了整個(gè)高分子鏈的表面，在與鉛膏混合攪拌 時(shí)，鉛膏晶體表面會(huì)形成一定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，保護(hù)鉛膏結(jié)晶。但由于聚四氟乙烯的添加量(重 量比)超過0.15%時(shí)，鉛膏的粘度會(huì)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(duì)鉛膏結(jié)晶的保護(hù)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(yīng)用。另一種能夠在鉛膏晶體表面形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)保護(hù)鉛膏結(jié)晶的物質(zhì)是二氧化硅。二氧 化硅通?；旌显陔娊庖褐惺褂?，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，二氧化硅以一定的比例添加到電解液中，在 鉛膏表面形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，保護(hù)鉛膏晶體，對(duì)電池循環(huán)壽命的提高，作用較大；二氧化硅粒徑 越小，對(duì)電池循環(huán)壽命提高的作用越大，但粒徑小的二氧化硅與稀硫酸混合后的凝膠時(shí)間 很短，其混合后的凝固狀態(tài)難于控制，需要嚴(yán)格的工藝要求和設(shè)備保證，這種膠體電解液的 電池的一致性保證，仍是一個(gè)難于克服的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鉛酸蓄電池正極添加劑，其能最大限度 地保護(hù)正極鉛膏結(jié)晶在循環(huán)過程不軟化，顯著提高鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命。為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是—種鉛酸蓄電池正極添加劑，其特征在于它包括聚四氟乙烯和比表面面積700平 方米/克以上的二氧化硅，聚四氟乙烯的添加量為正極鉛膏中鉛粉重量的0. 10% 0. 15% (重量百分?jǐn)?shù))，二氧化硅的添加量為正極鉛膏中鉛粉重量的0. 05% 0. 15% (重量百分 數(shù))。按上述方案，所述的聚四氟乙烯采用質(zhì)量濃度為20 80%的聚四氟乙烯溶液。與 固體聚四氟乙烯相比，其使用方便，在鉛粉中的分散性好。按上述方案，所述的二氧化硅采用質(zhì)量濃度為10 50%的二氧化硅溶膠。與粉狀 二氧化硅相比，其使用方便，在鉛粉中的分散性好。本發(fā)明的鉛酸蓄電池正極添加劑，適用于所有型號(hào)的鉛酸蓄電池。本發(fā)明的有益效果1、本發(fā)明的鉛酸蓄電池正極添加劑用于正極鉛膏中，能最大 限度地保護(hù)正極鉛膏結(jié)晶在循環(huán)過程不軟化，顯著改善提高鉛酸蓄電池的循環(huán)性能；2、本 發(fā)明的鉛酸蓄電池正極鉛膏配方，適用于所有型號(hào)的鉛酸蓄電池，應(yīng)用廣泛。
具體實(shí)施例方式采用同樣設(shè)計(jì)和工藝制造的閥控式密封鉛酸蓄電池12V100Ah(6GFM100)作為實(shí) 驗(yàn)樣本，其中正極鉛膏的視比重控制在4. 20士0. lOg/cc，并使用質(zhì)量濃度60%的聚四氟乙 烯溶液和質(zhì)量濃度30%的二氧化硅溶膠。實(shí)驗(yàn)樣本1的正極鉛膏配方每100公斤鉛粉中，比重1. 40g/cc的硫酸9. 40公 斤；純水11. 50公斤；短纖維0. 10公斤，另外，根據(jù)和膏過程中由于溫度上升造成水的蒸發(fā) 程度，加入若干調(diào)節(jié)純水，以滿足鉛膏視比重的控制范圍要求。實(shí)驗(yàn)樣本2的正極鉛膏配方每100公斤鉛粉中，比重1. 40g/cc的硫酸9. 40公斤； 純水11. 50公斤；短纖維0. 10公斤；質(zhì)量濃度80%的聚四氟乙烯溶液0. 150公斤；比表面 面積750平方米/克、質(zhì)量濃度50%的二氧化硅溶膠0. 200公斤，另外根據(jù)鉛膏視比重控制 要求，加入若干調(diào)節(jié)純水，濃縮聚四氟乙烯溶液和二氧化硅溶膠內(nèi)含的水分，在調(diào)節(jié)水內(nèi)扣除。實(shí)驗(yàn)樣本3的正極鉛膏配方每100公斤鉛粉中，比重1. 40g/cc的硫酸9. 40公斤； 純水11. 50公斤；短纖維0. 10公斤；質(zhì)量濃度60%的聚四氟乙烯溶液0. 170公斤；比表面 面積750平方米/克、質(zhì)量濃度10%的二氧化硅溶膠0. 510公斤，另外根據(jù)鉛膏視比重控制 要求，加入若干調(diào)節(jié)純水，濃縮聚四氟乙烯溶液和二氧化硅溶膠內(nèi)含的水分，在調(diào)節(jié)水內(nèi)扣除。實(shí)驗(yàn)樣本4的正極鉛膏配方每100公斤鉛粉中，比重1. 40g/cc的硫酸9. 40公斤； 純水11. 50公斤；短纖維0. 10公斤；質(zhì)量濃度20%的聚四氟乙烯溶液0. 750公斤；比表面 面積750平方米/克、質(zhì)量濃度30%的二氧化硅溶膠0. 500公斤，另外根據(jù)鉛膏視比重控制 要求，加入若干調(diào)節(jié)純水，濃縮聚四氟乙烯溶液和二氧化硅溶膠內(nèi)含的水分，在調(diào)節(jié)水內(nèi)扣除。實(shí)驗(yàn)樣本5的正極鉛膏配方每100公斤鉛粉中，比重1. 40g/cc的硫酸9. 40公 斤；純水11. 50公斤；短纖維0. 10公斤；質(zhì)量濃度60%的聚四氟乙烯溶液0. 200公斤，另外 根據(jù)鉛膏視比重控制要求，加入若干調(diào)節(jié)純水，濃縮聚四氟乙烯溶液內(nèi)含的水分，在調(diào)節(jié)水 內(nèi)扣除。實(shí)驗(yàn)樣本6的正極鉛膏配方每100公斤鉛粉中，比重1. 40g/cc的硫酸9. 40公 斤；純水11. 50公斤；短纖維0. 10公斤；比表面面積750平方米/克、質(zhì)量濃度30%的二氧 化硅溶膠0. 333公斤，另外根據(jù)鉛膏視比重控制要求，加入若干調(diào)節(jié)純水，二氧化硅溶膠內(nèi) 含的水分，在調(diào)節(jié)水內(nèi)扣除。參 M IEC 61427-2005(Secondary cells and batteries for photovoltaic energy systems (PVES)-General requirements and methods of test)要求的方法,將實(shí) 驗(yàn)樣本電池經(jīng)容量測試合格后完全充電，然后在溫度為40°C 士3°C的環(huán)境中靜置16h，并在 該溫度下進(jìn)行循環(huán)耐久性試驗(yàn)，具體方法分為A和B兩個(gè)階段實(shí)驗(yàn)階段A(低充電狀態(tài)下的淺循環(huán))a)以Iltl㈧放電，持續(xù)9h或終壓為1. 75V/單體時(shí)放電完成。b)以 1. 03I10(A)充電 3h。c)以 Iltl(A)放電 3h。
重復(fù)b)和 C) 49 次。完成實(shí)驗(yàn)階段A后，對(duì)電池充滿電，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)階段B的檢測。實(shí)驗(yàn)階段B (高充電狀態(tài)下的淺循環(huán))a)以 1. 25I1C1(A)放電 2h。b)以Iltl(A)充電6h，充電電壓不能超過2. 4V/單體。重復(fù)a)和b) 99次，實(shí)驗(yàn)階段B完成。每進(jìn)行一次大循環(huán)(A階段和B階段)后進(jìn)行1次容量檢查，容量檢查的方法是將 實(shí)驗(yàn)電池冷卻到標(biāo)準(zhǔn)溫度(20°C 25°C )，并在該溫度靜置16小時(shí)后，以Iltl(A)放電至終 止電壓為1. 8V/單體。實(shí)驗(yàn)電池檢測的終止條件如下1.當(dāng)實(shí)驗(yàn)階段A中放電9小時(shí)時(shí)，電池單格電壓低于1. 5V/單體時(shí)；2.實(shí)驗(yàn)階段B之后，電池容量低于額定容量的80%時(shí)，也就是以Iltl㈧放電至終 止電壓為1.8V/單體時(shí)，放電時(shí)間不低于8小時(shí)。循環(huán)壽命用連續(xù)完整的大循環(huán)(A階段和B階段)的次數(shù)表示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)樣本1，第一大循環(huán)后容量10小時(shí)32分41秒；第二大循環(huán)后容量9小時(shí) 45分01秒；第三大循環(huán)開始后，A階段中放電9小時(shí)時(shí)，電池單格電壓低于1. 5V/cell，判 定電池壽命結(jié)束，循環(huán)實(shí)驗(yàn)中止。實(shí)驗(yàn)樣本2，第一大循環(huán)后容量11小時(shí)38分45秒；第二大循環(huán)后容量11小時(shí) 45分16秒；第三大循環(huán)后容量11小時(shí)07分55秒；第四大循環(huán)后容量11小時(shí)01分07 秒；第五大循環(huán)后容量10小時(shí)06分47秒；第六大循環(huán)后容量9小時(shí)51分13秒；第七大 循環(huán)后容量9小時(shí)23分18秒；第八大循環(huán)開始后，A階段中放電9小時(shí)時(shí)，電池單格電壓 低于1. 5V/cell，判定電池壽命結(jié)束，循環(huán)實(shí)驗(yàn)中止。實(shí)驗(yàn)樣本3，第一大循環(huán)后容量11小時(shí)30分40秒；第二大循環(huán)后容量11小時(shí) 35分10秒；第三大循環(huán)后容量11小時(shí)01分50秒；第四大循環(huán)后容量10小時(shí)59分03 秒；第五大循環(huán)后容量10小時(shí)12分42秒；第六大循環(huán)后容量9小時(shí)49分11秒；第七大 循環(huán)后容量9小時(shí)21分12秒；第八大循環(huán)開始后，A階段中放電9小時(shí)時(shí)，電池單格電壓 低于1. 5V/cell，判定電池壽命結(jié)束，循環(huán)實(shí)驗(yàn)中止。實(shí)驗(yàn)樣本4，第一大循環(huán)后容量11小時(shí)31分41秒；第二大循環(huán)后容量11小時(shí) 33分11秒；第三大循環(huán)后容量10小時(shí)58分51秒；第四大循環(huán)后容量10小時(shí)50分02 秒；第五大循環(huán)后容量10小時(shí)1分2秒；第六大循環(huán)后容量9小時(shí)41分3秒；第七大循 環(huán)后容量9小時(shí)19分14秒；第八大循環(huán)開始后，A階段中放電9小時(shí)時(shí)，電池單格電壓低 于1. 5V/cell，判定電池壽命結(jié)束，循環(huán)實(shí)驗(yàn)中止。實(shí)驗(yàn)樣本5，第一大循環(huán)后容量11小時(shí)32分42秒；第二大循環(huán)后容量10小時(shí) 25分10秒；第三大循環(huán)開始后，A階段中放電9小時(shí)時(shí)，電池單格電壓低于1. 5V/cell，判 定電池壽命結(jié)束，循環(huán)實(shí)驗(yàn)中止。實(shí)驗(yàn)樣本6，第一大循環(huán)后容量10小時(shí)52分59秒；第二大循環(huán)后容量10小時(shí) 20分02秒；第三大循環(huán)開始后，A階段中放電9小時(shí)時(shí)，電池單格電壓低于1. 5V/cell，判 定電池壽命結(jié)束，循環(huán)實(shí)驗(yàn)中止。
上述結(jié)果說明與實(shí)驗(yàn)樣本1 (聚四氟乙烯和二氧化硅均沒有添加)、實(shí)驗(yàn)樣本5 (僅添加聚四氟乙 烯)和實(shí)驗(yàn)樣本6相比(僅添加二氧化硅)，同時(shí)添加鉛粉重量0. 10% 0. 15% (重量百 分?jǐn)?shù))的聚四氟乙烯和鉛粉重量0.05% 0.15% (重量百分?jǐn)?shù))的比表面面積700平方 米/克以上的二氧化硅的實(shí)驗(yàn)樣本2、實(shí)驗(yàn)樣本3、實(shí)驗(yàn)樣本4、實(shí)驗(yàn)樣本5的電池深循環(huán)性
能有顯著改善。
權(quán)利要求
一種鉛酸蓄電池正極添加劑，其特征在于它包括聚四氟乙烯和比表面面積700平方米/克以上的二氧化硅，聚四氟乙烯的添加量為正極鉛膏中鉛粉重量的0.10％～0.15％(重量百分?jǐn)?shù))，二氧化硅的添加量為正極鉛膏中鉛粉重量的0.05％～0.15％(重量百分?jǐn)?shù))。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的鉛酸蓄電池正極添加劑，其特征在于所述的聚四氟乙烯采 用質(zhì)量濃度為20% 80%的聚四氟乙烯溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的鉛酸蓄電池正極添加劑，其特征在于所述的二氧化硅采用 質(zhì)量濃度為10% 50%的二氧化硅溶膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池領(lǐng)域。一種鉛酸蓄電池正極添加劑，其特征在于它包括聚四氟乙烯和比表面面積700平方米/克以上的二氧化硅，聚四氟乙烯的添加量為正極鉛膏中鉛粉重量的0.10％～0.15％(重量百分?jǐn)?shù))，二氧化硅的添加量為正極鉛膏中鉛粉重量的0.05％～0.15％(重量百分?jǐn)?shù))。本發(fā)明的鉛酸蓄電池正極添加劑用于正極鉛膏中，能最大限度地保護(hù)正極鉛膏結(jié)晶在循環(huán)過程不軟化，顯著改善提高鉛酸蓄電池的循環(huán)性能。
文檔編號(hào)H01M4/14GK101958417SQ20101023527
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者劉凡, 張志堅(jiān), 陳剛 申請(qǐng)人:武漢銀泰科技電源股份有限公司