和膏過程溫度對(duì)鉛膏性能的影響

孫玉龍

和膏過程溫度對(duì)鉛膏性能的影響

孫玉龍

（駱駝集團(tuán)襄陽蓄電池有限公司，湖北襄陽，441700）

在采用風(fēng)冷卻和水冷卻系統(tǒng)中，控制開度大小來調(diào)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(yàn)證了不同環(huán)境溫度對(duì)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(jù)，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(gè)關(guān)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(chǎn)和電池性能，必須具有合適的硬度、視密度和相組成等參數(shù)[1]。

鉛膏和制過程中的溫度作為各組分相互反應(yīng)的先決條件，直接影響著上述參數(shù)，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(yīng)放熱會(huì)使鉛膏溫度升高，而和膏設(shè)備的冷卻系統(tǒng)又會(huì)使鉛膏溫度降低。為了驗(yàn)證鉛膏和制過程中最合適的溫度范圍，采用手動(dòng)控制風(fēng)冷和水冷系統(tǒng)，以達(dá)到控制鉛膏和制過程中溫度的目的。通過檢測(cè)鉛膏視密度、水分及極板內(nèi)金屬鉛含量、活性物質(zhì)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(yàn)條件

試驗(yàn)時(shí)，不僅需要多種試驗(yàn)設(shè)備，還需要制備樣品。

1.1試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備包括：

（1）和膏機(jī)：全自動(dòng)和膏機(jī)；

（2）擴(kuò)展線：進(jìn)口自動(dòng)擴(kuò)展拉網(wǎng)生產(chǎn)線；

（3）固化室：快速高溫固化干燥室；

（4）充電機(jī)：國產(chǎn)充電機(jī)；

（5）電池組裝設(shè)備：國產(chǎn)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(jìn)行。和制過程溫度采用手動(dòng)控制風(fēng)冷和水冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。在相同固化室進(jìn)行固化后，挑選涂膏量相同的正負(fù)極板在相同的設(shè)備上進(jìn)行組裝、化成，制成樣件電池。

表1　鉛膏制備條件

2　結(jié)果與討論

2.1和膏溫度對(duì)鉛膏性能的影響

取第1章中制取的鉛膏，分別測(cè)試鉛膏的視密度、針入度和出膏時(shí)的水分，并在相同狀態(tài)下烘干、研磨成粉，過80目篩，測(cè)試鉛膏當(dāng)中游離鉛含量，得表2所示數(shù)據(jù)。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(duì)其他性能指標(biāo)的影響。從視密度數(shù)據(jù)上看，隨著和膏過程溫度的升高，鉛膏視密度下降，對(duì)應(yīng)的鉛膏針入度降低，導(dǎo)致鉛膏變硬、塑性下降[2]。其中鉛膏變硬使得極板涂填負(fù)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?yàn)楹透噙^程中發(fā)生了鉛氧化的反應(yīng)。在相同的時(shí)間條件下，反應(yīng)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(yīng)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(cè)表

2.2和膏溫度對(duì)極板性能的影響

2.2.1和膏溫度對(duì)結(jié)合強(qiáng)度的影響

這里所指的結(jié)合強(qiáng)度是指極板游離鉛、板柵與鉛膏的結(jié)合強(qiáng)度。將上述和制好的鉛膏在相同生產(chǎn)線上涂成極板，并在相同固化室固化。干燥結(jié)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(cè)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(duì)比圖

通過將極板從1 m高臺(tái)平放自由下落，每操作3次稱量一次極板重量，計(jì)算質(zhì)量損失比例。3個(gè)樣品各測(cè)試20個(gè)數(shù)據(jù)后取均值，共計(jì)60組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)于圖2，以此來判斷鉛膏與板柵筋條之間的結(jié)合強(qiáng)度?？傮w來看，數(shù)據(jù)差別不大，但從細(xì)微差別上看，板柵與鉛膏結(jié)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(huì)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(guān)（由于鉛膏和板柵間的化學(xué)結(jié)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(nèi)部的游離鉛，對(duì)腐蝕層的形成不利，故會(huì)形成上述情況。

2.2.2和膏溫度對(duì)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(duì)鉛膏進(jìn)行XRD分析，得出表3。從表3中可以看出，3種極板內(nèi)部物質(zhì)成分相差不大，即在40～65℃溫度控制范圍內(nèi)，鉛膏內(nèi)部活性物質(zhì)比例并無明顯改變，這一點(diǎn)與相關(guān)資料介紹一致。然而當(dāng)過程溫度超過65℃時(shí)，各物質(zhì)比例發(fā)生了變化。對(duì)比可知，出膏溫度為50～55℃的鉛膏對(duì)應(yīng)的極板中，游離鉛比例含量最低。

圖2　溫度極板結(jié)合強(qiáng)度對(duì)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(hào)1的鉛膏3BS晶粒尺寸較小，晶粒之間孔隙較小；編號(hào)2與編號(hào)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(duì)較大，極板會(huì)有更大的孔隙，氧氣更容易進(jìn)入鉛膏內(nèi)部，參與結(jié)晶和金屬鉛氧化[4]。

表3　不同鉛膏溫度內(nèi)部物質(zhì)XRD結(jié)果分析

圖3　不同鉛膏溫度活性物質(zhì)SEM掃描圖

2.3和膏溫度對(duì)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(cè)試電池初期性能得到表4的數(shù)據(jù)[5,6]。從表4中看出，鉛膏出膏溫度為45～50℃時(shí)，所組裝電池的-18℃低溫啟動(dòng)性能和儲(chǔ)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(dòng)性能及儲(chǔ)備容量略低。

表4　極板初期性能檢測(cè)

將電池按照國標(biāo)I進(jìn)行循環(huán)耐久試驗(yàn)120次后，記錄每次放電時(shí)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(jié)論

在和膏過程溫度范圍為40～65℃的鉛膏內(nèi)，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(jié)合效果也較好，極板內(nèi)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(nèi)，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(yàn)120次放電電壓衰減情況

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孫玉龍(1988-)，男，湖北襄陽人，本科，助理工程師，就職于駱駝集團(tuán)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(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.030