孫玉龍

和膏過程溫度對鉛膏性能的影響

孫玉龍

（駱駝集團襄陽蓄電池有限公司，湖北襄陽，441700）

在采用風冷卻和水冷卻系統(tǒng)中，控制開度大小來調整鉛膏在和制過程中環(huán)境溫度的高低，以期使鉛膏性能最大化。驗證了不同環(huán)境溫度對鉛膏的性能差異、鉛膏晶體分布情況、電池初期容量和循環(huán)壽命等因素的影響，從而為判斷鉛膏和制過程的最佳溫度提供重要依據，為同行業(yè)工作者提供參考。

蓄電池；鉛膏；溫度；性能

引言

鉛膏和制是鉛酸蓄電池制造中的一個關鍵工藝過程。鉛膏是由鉛粉、水、稀硫酸溶液混合攪拌制取而成的膏狀物，為保證其后續(xù)生產和電池性能，必須具有合適的硬度、視密度和相組成等參數[1]。

鉛膏和制過程中的溫度作為各組分相互反應的先決條件，直接影響著上述參數，因此和膏過程中的溫度控制意義十分重大。各組分之間反應放熱會使鉛膏溫度升高，而和膏設備的冷卻系統(tǒng)又會使鉛膏溫度降低。為了驗證鉛膏和制過程中最合適的溫度范圍，采用手動控制風冷和水冷系統(tǒng)，以達到控制鉛膏和制過程中溫度的目的。通過檢測鉛膏視密度、水分及極板內金屬鉛含量、活性物質比例成分等，可確定鉛膏和制過程中的最佳溫度范圍。

1　試驗條件

試驗時，不僅需要多種試驗設備，還需要制備樣品。

1.1試驗設備

試驗設備包括：

（1）和膏機：全自動和膏機；

（2）擴展線：進口自動擴展拉網生產線；

（3）固化室：快速高溫固化干燥室；

（4）充電機：國產充電機；

（5）電池組裝設備：國產組裝線；

（6）電子秤：上海友聲ACS-A；

（7）掃描電鏡：ZEISS EVO18 X；

（8）射線衍射儀：Bruker Smart 1000 CCD。

1.2樣品制備

鉛膏采用干和法工藝和制，按照表1所示控制條件進行。和制過程溫度采用手動控制風冷和水冷系統(tǒng)實現。在相同固化室進行固化后，挑選涂膏量相同的正負極板在相同的設備上進行組裝、化成，制成樣件電池。

表1　鉛膏制備條件

2　結果與討論

2.1和膏溫度對鉛膏性能的影響

取第1章中制取的鉛膏，分別測試鉛膏的視密度、針入度和出膏時的水分，并在相同狀態(tài)下烘干、研磨成粉，過80目篩，測試鉛膏當中游離鉛含量，得表2所示數據。從表2中可以看出：在不同和制溫度條件下，保證和制完畢的鉛膏含水率大致相同，以減少鉛膏含水率對其他性能指標的影響。從視密度數據上看，隨著和膏過程溫度的升高，鉛膏視密度下降，對應的鉛膏針入度降低，導致鉛膏變硬、塑性下降[2]。其中鉛膏變硬使得極板涂填負載變大，涂填過程受到一定影響。而鉛膏中游離鉛含量隨著和膏過程溫度升高而下降，是因為和膏過程中發(fā)生了鉛氧化的反應。在相同的時間條件下，反應過程溫度越高，鉛氧化速度越快，游離鉛氧化的也越多。由于反應前的鉛粉中游離鉛含量相同，故溫度越高，游離鉛含量越低。

表2　不同和制溫度鉛膏性能檢測表

2.2和膏溫度對極板性能的影響

2.2.1和膏溫度對結合強度的影響

這里所指的結合強度是指極板游離鉛、板柵與鉛膏的結合強度。將上述和制好的鉛膏在相同生產線上涂成極板，并在相同固化室固化。干燥結束后，在極板相同位置磕掉鉛膏，將膏體研磨成粉，過80目篩，測試游離鉛含量，得出圖1所示規(guī)律。從圖1可以看出，和膏過程溫度越高，則最終極板金屬鉛含量越低。

圖1　不同和膏過程溫度極板游離鉛含量對比圖

通過將極板從1 m高臺平放自由下落，每操作3次稱量一次極板重量，計算質量損失比例。3個樣品各測試20個數據后取均值，共計60組數據，統(tǒng)計于圖2，以此來判斷鉛膏與板柵筋條之間的結合強度?？傮w來看，數據差別不大，但從細微差別上看，板柵與鉛膏結合最好的是過程溫度為50～55℃鉛膏涂成的極板，其次是過程溫度為40～45℃的極板，最差的是過程溫度為60～65℃的極板。在固化過程中，板柵筋條與鉛膏接觸部位會發(fā)生金屬鉛氧化，形成腐蝕層[3]。此種金屬鉛氧化與腐蝕深度有關（由于鉛膏和板柵間的化學結合）。若鉛膏本身游離鉛含量過低，則腐蝕層過淺；若鉛膏本身游離鉛含量高，則在相同固化條件下，空氣主要用來氧化鉛膏內部的游離鉛，對腐蝕層的形成不利，故會形成上述情況。

2.2.2和膏溫度對鉛膏物相組成的影響

將相同條件下固化、干燥后的極板磕膏、研磨成粉，對鉛膏進行XRD分析，得出表3。從表3中可以看出，3種極板內部物質成分相差不大，即在40～65℃溫度控制范圍內，鉛膏內部活性物質比例并無明顯改變，這一點與相關資料介紹一致。然而當過程溫度超過65℃時，各物質比例發(fā)生了變化。對比可知，出膏溫度為50～55℃的鉛膏對應的極板中，游離鉛比例含量最低。

圖2　溫度極板結合強度對比圖

將上述鉛膏樣品噴金，SEM掃描后放大1000倍，通過10 kV電壓，拍照得到圖3。從圖3中可以看出，編號1的鉛膏3BS晶粒尺寸較小，晶粒之間孔隙較小；編號2與編號3的極板，其3BS晶粒尺寸略有增加，但兩者差別不大，且3BS晶粒之間間隙相對較大，極板會有更大的孔隙，氧氣更容易進入鉛膏內部，參與結晶和金屬鉛氧化[4]。

表3　不同鉛膏溫度內部物質XRD結果分析

圖3　不同鉛膏溫度活性物質SEM掃描圖

2.3和膏溫度對電池性能的影響

挑選涂膏量一致的極板組裝成額定容量為55 Ah的電池，在相同的條件下組裝、化成，下線后測試電池初期性能得到表4的數據[5,6]。從表4中看出，鉛膏出膏溫度為45～50℃時，所組裝電池的-18℃低溫啟動性能和儲備容量最好，而出膏溫度為35～40℃和55～60℃的情況下，其-18℃低溫啟動性能及儲備容量略低。

表4　極板初期性能檢測

將電池按照國標I進行循環(huán)耐久試驗120次后，記錄每次放電時的初始電壓，作出圖4。從圖4可以看出，和膏過程溫度高的極板組裝的電池，其電壓衰減的要慢一些，反之亦然。

3　結論

在和膏過程溫度范圍為40～65℃的鉛膏內，50～55℃和膏過程下的鉛膏視密度與針入度適中，較易涂填，且與板柵之間的結合效果也較好，極板內部3BS晶粒間隙適中。電池初期容量也較其余兩種溫度范圍的鉛膏要好，且電池衰減情況適中。綜上，在鉛膏和制過程中，過程最高溫度控制在50～55℃以內，出膏溫度控制在45～50℃左右，鉛膏可以保持優(yōu)異的性能。

圖4　循環(huán)耐久試驗120次放電電壓衰減情況

[1]陳紅雨, 熊正林, 李中奇. 先進鉛酸蓄電池制造工藝[M]. 北京:化學工業(yè)出版社, 2009.

[2]王瑜, 唐征, 毛賢仙. 淺析"粘型"鉛膏和制的幾個因素[J]. 蓄電池, 2003, 40(1): 28-29, doi: 10.3969/j.issn.1006-0847.2003.01.009.

[3]德切柯·巴普洛夫. 鉛酸蓄電池科學與技術[M]. 段喜春, 譯. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2015: 312-319.

[4]李同家, 張士偉. 生極板固化條件對極板質量的影響[J]. 蓄電池, 1999(3): 8-12.

[5]李帥, 趙志曼, 劉育成, 等. MATLAB軟件對微波場中磷石膏溫度變化影響因素的研究[J]. 計算機與應用化學, 2015, 32(1): 87-90, doi: 10.11719/com.app.chem20150119.

[6]潘杰, 晏乃強, 瞿贊, 等. 濕法脫硫漿液中石膏與汞的結合特性模擬研究[J]. 環(huán)境科學學報, 2015, 35(3): 663-669, doi: 10.13671/j.hjkxxb.2014.0905.

孫玉龍(1988-)，男，湖北襄陽人，本科，助理工程師，就職于駱駝集團襄陽蓄電池有限公司。主要研究方向：鉛酸電池制造工藝。

Effect of Mixing Paste Temperature on Lead Paste

SUN Yu-long
(Camel Group Xiangyang Battery Co., Ltd., Xiangyang, Hubei, 441700, China)

The degree of valve of air cooling and water cooling system is used to control the ambient temperature of lead paste in the manufacturing process, as to maximize the performance of paste. The performance differences, the distribution of paste crystal, initial battery capacity and cycle life of plate by coating of the lead paste are verified under different temperature, to further determine the optimum temperature of mixing paste.

Lead Battery; Lead Paste; Temperature; Performance

TM912.1

A

2095-8412 (2016) 05-941-04工業(yè)技術創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.030