阅读说明：本技术 一种铅蓄电池正极板的制备方法 (Preparation method of positive plate of lead storage battery ) 是由 刘克宇 方明学 庄建 王超 宋文龙 洪清富 于 2020-03-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种铅蓄电池正极板的制备方法,属于蓄电池技术领域。所述制备方法包括：(1)将泡沫铅材料经若干道压延后冲切得到板栅格子体,沿板栅格子体的一宽边压铸铅锡合金形成上边框和极耳,制得正极板栅；(2)往正极板栅上喷涂低酸或无酸的铅膏,再浸酸；(3)将极板从酸液中取出,极板表面覆盖涂板纸,叠放置于固化室固化,制得所述铅蓄电池正极板。本发明利用高孔率、大孔径的泡沫铅材料,通过多道压延,实现极板薄型化,同时孔隙结构更丰富复杂,可实现低酸低粘度铅膏喷涂,而且极板电流分布更均匀,显著提高活性物质利用率和大电流充放电能力；叠片固化,可实现低温低湿固化,降低能源消耗和固化工艺的过程控制难度。(The invention discloses a preparation method of a positive plate of a lead storage battery, and belongs to the technical field of storage batteries. The preparation method comprises the following steps: (1) die-cutting the foamed lead material after a plurality of pressing and rolling to obtain a grid lattice body, and die-casting lead-tin alloy along one wide edge of the grid lattice body to form an upper frame and a lug so as to prepare a positive grid; (2) spraying low-acid or acid-free lead plaster on the positive grid, and then soaking in acid; (3) and taking the polar plate out of the acid liquor, covering the surface of the polar plate with coated paper, stacking the polar plate and placing the polar plate in a curing chamber for curing, and thus obtaining the positive plate of the lead storage battery. According to the invention, a foamed lead material with high porosity and large pore diameter is utilized, the thinning of the polar plate is realized through multiple rolling, meanwhile, the pore structure is richer and more complex, the spraying of low-acid low-viscosity lead paste can be realized, the current distribution of the polar plate is more uniform, and the utilization rate of active substances and the large-current charging and discharging capacity are obviously improved; the lamination is solidified, so that low-temperature and low-humidity solidification can be realized, and the energy consumption and the process control difficulty of the solidification process are reduced.)

一种铅蓄电池正极板的制备方法

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，具体涉及一种铅蓄电池正极板的制备方法。

背景技术

铅蓄电池因其技术成熟、价格低廉、单体容量大、高安全性等优点，广泛应用于通信、电力、UPS电源等领域，是目前用量最大的二次电池。

传统通信、UPS后备电源等领域主要为浮充使用，该使用条件下蓄电池的主要失效模式为正极板栅的腐蚀。电力储能等领域主要为循环使用，该使用条件下蓄电池的主要失效模式为正极铅膏的软化脱落。

近些年，随着互联网和电子商务的兴起及高速发展，IDC机房大幅建设，其蓄电池多为短时间备电，一般备电时间为5～10min，蓄电池组验收标准为15min恒功率放电。同时，因数据处理量大，IDC机房后备电源基本为高电压系统，且容量较大，要求蓄电池具有更高的比能量和比功率，以减少安装场地占用和楼面单位面积承重等。

针对上述典型应用场景蓄电池的使用特点及失效模式，需开发一种正极板栅更耐腐蚀、正极铅膏不易软化脱落、具有更高比能量的蓄电池。

目前铅蓄电池的板栅主要为铅钙合金浇铸板栅，重量大，导致电池的比能量较低。极板的重量占整个电池重量的70％，为了降低电池重量，提高活性物质利用率，国内外技术人员主要从板栅结构和材质上方面进行改进，相继发明了一些新型板栅材料如铜拉网板栅、铅布等，其质量比能量可以提高到50Wh/Kg。

泡沫铅因其具有良好的网状多孔结构、高的孔隙率、高的比表面积和较轻的体积密度，用作铅蓄电池电极板栅时，能大大提高铅蓄电池电极活性物质的利用率而备受关注。如专利文献CN 203589138 U公开了一种高性能铅酸蓄电池板栅，包括极耳、边框和泡沫铅集电体，极耳固定在边框的外侧，泡沫铅集电体设置在边框内部，泡沫铅集流体通过电沉积的方法与边框连接；专利文献CN 110148710 A也公开了利用泡沫铅材料制备蓄电池板栅，以减轻板栅质量，泡沫铅的三维网络结构增加了与铅膏的接触面积，提高活性物质利用率。

但是在实际生产中存在如下问题：极板无法薄型化(泡沫铅材料厚度一般在6mm以上，现有方法制备的泡沫铅板栅厚度偏厚)，制备的电池倍率性能不好，极耳浇铸可靠性低(极耳强度差，容易出现虚焊、气孔等缺陷)，采用浇铸极耳和四周边框的方式又会大幅增加铅的用量和成品电池重量，严重影响了其产业化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺条件要求低、成品极板性能稳定可靠的制备铅蓄电池正极板的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铅蓄电池正极板的制备方法，包括以下步骤：

(1)将泡沫铅材料经若干道压延后冲切得到板栅格子体，沿板栅格子体的一宽边压铸铅锡合金形成上边框和极耳，制得正极板栅；

所述泡沫铅材料的孔率为90％～95％，孔径≥6mm，所述压延的条件为：每道压下率≤10％，总压下率≤60％；

(2)往正极板栅上喷涂铅膏，再浸酸；

所述铅膏包括铅粉、硫酸溶液和水，以铅粉重量份为100份计，1.4g/cm³的硫酸溶液为0～5份，水为18～25份；

(3)将极板从酸液中取出，极板表面覆盖涂板纸，叠放置于固化室固化，制得所述铅蓄电池正极板。

步骤(1)中，根据现有极板尺寸，将高孔率、大孔径的泡沫铅材料压延至需要厚度，冲切成需要尺寸，制得板栅格子体。采用泡沫铅材料制作板栅，重量远小于传统浇铸板栅，大幅降低蓄电池的重量和铅的消耗量；其耐腐蚀性能优于传统的铅钙合金板栅。

压延时，控制压延道数和每次压下率，使得材料内部孔隙更加丰富复杂，三维网络孔隙结构增加了与铅膏的接触面积，有助于提高活性物质利用率。

所述的泡沫铅材料的厚度为5～9mm，孔率为90％～95％，孔径≥6mm。

作为优选，经过4～9道压延。

本发明采用压铸技术在板栅格子体一侧连接铅锡合金的上边框和极耳，上边框有效连接了泡沫铅板栅和极耳，利于电流向极耳集中。

作为优选，所述铅锡合金中锡的质量百分比为1.8～30％。

本发明仅在泡沫铅板栅格子体一侧设置上边框，减少铅的消耗量。所述上边框占正极板栅高度的1.2％～3％。上边框与板栅格子体重叠部分的宽度为3～4mm。

作为优选，所述压铸的压力为30～40MPa，温度480±20℃。保证铸件成品的可靠性和生产效率，保证极耳尺寸的精度、表面光洁度和机械强度等。

步骤(2)中，利用喷枪将低酸或无酸铅膏喷涂于正极板栅型腔内，再浸酸。

作为优选，所述铅膏的组分，以铅粉重量份为100份计，包括：铅粉100份，1.4g/cm³的硫酸2.5～4.2份，水19.3～20.5份，质量浓度为15％～30％的特氟龙溶液0.05～0.1份。

铅膏添加剂取消常用的短纤维，添加低质量分数的特氟龙溶液，使活性物质的孔隙更发达，进一步提高高倍率充放电性能，同时，在高倍率充放电时，电池温升增加，特氟龙比传统短纤维更难于劣化。

高压喷涂有助于铅膏充分填涂于板栅型腔内，作为优选，喷涂的压力为0.04～0.08MPa。

所述浸酸采用密度为1.08～1.20g/cm³的硫酸溶液，浸酸时间为30～60s。

步骤(3)中，覆涂板纸后叠片固化，充分利用极板反应产生的热量，也更有利于极板保湿，可实现低温低湿固化，降低能源消耗。

作为优选，固化温度为35～45℃，相对湿度为30％～50％，固化时间为48～72h。

本发明具备的有益效果：

(1)本发明利用高孔率、大孔径的泡沫铅材料，经过压延形成孔隙更丰富复杂的三维网络结构，极板电流分布更均匀，显著提高活性物质利用率和大电流充放电能力，相比传统浇铸板栅的二维孔隙结构，铅膏更难于脱落。

(2)泡沫铅材料难以薄型化，本发明通过多道压延，实现极板薄型化，同时孔隙结构更丰富，可实现低酸低粘度铅膏喷涂，低酸低粘度铅膏进一步提高活性物质的利用率和高倍率放电性能。

(3)本发明采用叠片固化，可实现低温低湿固化，降低能源消耗和固化工艺的过程控制难度。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，本发明并不局限于此。

实施例1

1、采用厚度为5mm、孔率95％、最小孔径6mm的泡沫铅材料，经过4道压延，压至厚度3.8mm，冲切成长234mm、宽141mm的板栅格子体材料。

在板栅格子体宽度方向压铸锡重量百分比含量为1.8％的铅锡合金极耳和上边框，极耳厚4mm、宽18mm，极耳距离格子体边沿37.5mm，上边框厚4mm、宽4mm，与格子体等长，宽度方向高出格子体1mm，完成板栅框架尺寸为宽141mm、高235mm、厚4mm。

2、铅膏组分：铅粉100kg、1.4g/cm³的稀硫酸4.13kg、去离子水19.3kg、质量浓度30％的特氟龙溶液0.05kg。

极板喷涂，喷枪压力0.08MPa，完成极板尺寸为宽141mm、高235mm、厚4.2mm，完成涂板后进行浸酸处理，浸酸密度1.08g/cm³，浸酸时间为60s。

3、极板浸酸后双面覆涂板纸，进行叠片固化，固化温度40±5℃、相对湿度40％±10％，固化时间48h。

实施例2

1、采用厚度为8.5mm、孔率90％、最小孔径10mm的泡沫铅材料，经过9道压延，压至厚度3.8mm，冲切成长234mm、宽141mm的板栅格子体材料。

在板栅格子体宽度方向压铸锡重量百分比含量为30％的铅锡合金极耳和上边框，极耳厚4mm、宽18mm，极耳距离格子体边沿37.5mm，上边框厚4mm、宽4mm，与格子体等长，宽度方向高出格子体1mm，完成板栅框架尺寸为宽141mm、高235mm、厚4mm。

2、铅膏组分：铅粉100kg、1.4g/cm³的稀硫酸2.56kg、去离子水20.5kg、质量浓度15％的特氟龙溶液0.1kg。

极板喷涂，喷枪压力0.04MPa，完成极板尺寸为宽141mm、高235mm、厚4.2mm，完成涂板后进行浸酸处理，浸酸密度1.20g/cm³，浸酸时间为30s。

3、极板浸酸后双面覆涂板纸，进行叠片固化，固化温度40±5℃、相对湿度40％±10％，固化时间72h。

对比例1

采用传统重力浇铸板栅，板栅合金为Pb～0.08Ca～1.20Sn～0.03Al合金，完成板栅框架尺寸为宽141mm、高235mm、厚4mm。

铅膏组分：铅粉100kg、稀硫酸9.36kg、去离子水11.5kg、短纤维0.1kg。采用现行工艺涂板，完成极板尺寸为宽141mm、高235mm、厚4.2mm，完成涂板后挂片进行固化，极板间距5～10mm，固化温度75±5℃、相对湿度95％±5％，固化时间72h。

应用例

上述三种正极板与现有同规格负极板配组，制作同规格2V300Ah样品电池，进行常规容量、恒功率放电性能、高温加速浮充寿命试验(YD/T799-2010标准测试方法)，100％DOD循环寿命(中移动测试方法)等测试，具体数据如表1所示：

表1

由表1的数据可以看出，采用本发明制备方法制得的正极板组装的电池成品重量大幅下降，常规容量和高倍率放电性能显著提升，高温浮充寿命和深循环寿命均大幅优于现有产品，其优点尤其适合通信、光伏储能和IDC数据中心等应用场景。