一種鉛酸蓄電池及其銻離子吸附隔板和製備方法與流程
2023-05-18 09:12:16
本發明涉及一種鉛酸蓄電池及其銻離子吸附隔板和製備方法。
背景技術：
鉛酸蓄電池憑藉其優良的性能價格比，被廣泛地應用於後備、啟動、動力、儲能等領域。動力領域的鉛酸電池需要具有較高的循環壽命，一般採用鉛銻合金作為正極板柵。但鉛銻合金板柵有其固有的缺陷，在使用的過程中，正極板中的銻元素會溶解進入電解液中，隨著擴散達到負極並在負極板上析出。銻的析出會引起負極析氫反應加劇，電池水分解的速率增加，最終導致電池失效。
技術實現要素：
為克服上述不足，本發明的第一個目的是提供一種鉛酸蓄電池，可以吸附在溶液中的銻離子，阻止銻離子在負極板上的析出，抑制電池失水，提高電池使用壽命。為此，本發明採用以下技術方案：
一種鉛酸蓄電池，包括正極板和負極板，其特徵在於所述正極板中含銻，在正極板和負極板之間設置銻離子吸附隔板。
所述銻離子吸附隔板中含有能夠吸附銻離子的離子交換樹脂。
本發明另一個所目的是提供一種鉛酸蓄電池用銻離子吸附隔板，可以吸附在溶液中的銻離子，阻止銻離子在負極板上的析出，抑制電池失水，提高電池使用壽命。為此，本發明採用以下技術方案：
一種鉛酸電池用銻離子吸附隔板，其特徵在於所述隔板中含有能夠吸附銻離子的離子交換樹脂。
所述的離子交換樹脂為陽離子型交換樹脂，可以是苯乙烯系、丙烯酸系樹脂、酚醛系、環氧系、乙烯吡啶系或者脲醛系樹脂的一種或多種。
所述的離子交換樹脂為球狀顆粒，粒徑大小在0.1～1mm。
本發明再一個所目的是提供一種上述銻離子吸附隔板的製備方法。為此，本發明採用以下技術方案：
銻離子吸附隔板的製備方法，其特徵在於採用超細玻璃纖維和離子交換樹脂混合製漿，通過成型、乾燥、分切製備銻離子吸附隔板。
其中，所述的離子交換樹脂為陽離子型交換樹脂，可以是苯乙烯系、丙烯酸系樹脂、酚醛系、環氧系、乙烯吡啶系或者脲醛系樹脂的一種或多種。
其中，所述的離子交換樹脂形狀為球狀顆粒，粒徑大小在0.1～1mm。
其中，所述的超細玻璃纖維直徑在0.1～5μm，長度在0.5～5mm。
其中，離子交換樹脂和超細玻璃纖維的質量比一般在1:10～1:100。
其中，離子交換樹脂和超細玻璃纖維混合可採用攪拌法、超聲波震蕩法、高速剪切法的一種或多種。
其中，乾燥溫度為60～120℃。
本發明的優點是：採用本發明的銻離子吸附隔板可以有效吸附由正極向負極遷移的銻離子，降低負極銻元素的析出，提高析氫過電位，降低電池失水，從而提高電池使用壽命。此外，採用本發明隔板不增加隔板厚度，不影響反應離子在電池內的遷移速率，不影響電池的電化學性能。
附圖說明
圖1是鉛酸電池用銻離子吸附隔板的製備流程示意圖。
圖2是發明隔板電池初期放電曲線圖
圖3是發明隔板電池循環壽命曲線圖。
圖4是發明隔板電池充電末期電流變化曲線圖。
圖5是發明隔板電池失水率曲線圖。
圖6是循環後發明隔板電池負膏銻離子含量圖
具體實施方式
實施例一
將平均直徑為1μm苯乙烯系離子交換樹脂和直徑為2μm，長度2mm的超細玻璃纖維以1:40比例混合，加入一定量的水，均勻攪拌成漿狀；
待混合均勻後，抽濾除去水分，初步成型，並置於80℃烘箱中烘乾；
將烘乾成型的隔板，分切成需要的形狀，得到鉛酸電池用銻離子吸附隔板。
實施例二
將平均直徑為0.5μm苯乙烯系離子交換樹脂和直徑為1μm，長度2mm的超細玻璃纖維以1:20比例混合，加入一定量的水，均勻攪拌成漿狀；
待混合均勻後，抽濾除去水分，初步成型，並置於80℃烘箱中烘乾；
將烘乾成型的隔板，分切成需要的形狀，得到鉛酸電池用銻離子吸附隔板。
比較例
採用直徑為1μm，長度2mm的超細玻璃纖維以1:20比例混合，加入一定量的水，均勻攪拌成漿狀；待混合均勻後，抽濾除去水分，初步成型，並置於80℃烘箱中烘乾；將烘乾成型的隔板，分切成需要的形狀，得到普通隔板。
分別以實施例二的發明隔板與普通隔板製備12V-20Ah電池，其中電池正極極板採用鉛銻砷合金，負極採用鉛鈣合金。
將製備的電池以3A電流充電至電壓14.7V，恆壓14.7V，充電時間共計10h，10A電流放電至10.8V，為一個完整循環，進行充放電循環試驗。
從圖2中可以發現，採用發明隔板的電池比普通隔板電池具有相近的放電曲線，這表明添加了離子交換樹脂僅吸附溶液中的有害的銻離子，而對於反應離子如H+離子和SO42-並無影響。從圖3中可以發現，採用發明隔板的電池比普通隔板電池具有更長的循環壽命，400次循環後仍然保持額定容量的97％。而普通隔板電池在循環300次以後容量已經下降為額定容量的80％，表明本發明隔板有效地吸附了銻離子，使得電池失水降低，電池容量下降。如圖4所示，發明隔板電池的充電末期電流基本不變保持在0.4A左右，而普通隔板電池在循環末期的電流已經增長到0.8A左右，這意味著發明隔板電池內的析氫副反應遠低於普通隔板電池，銻離子被發明隔板內的離子交換樹脂吸附。圖5為電池的失水率曲線，發明隔板電池的300個循環後失水率約為6.5％，而普通隔板電池失水率高達14.2％，發明隔板有效地降低了電池失水量。解剖100次、200次和300次循環電池測量負極鉛膏上的銻離子含量，結果如圖6所示。發明隔板電池和普通隔板電池負極鉛膏銻離子含量分別為8ppm和25ppmm(100次)、15ppm和75ppm(200次)、25ppm和115ppm(300次)，發明隔板電池的負膏中銻離子含量遠小於普通隔板電池，這表明隔板有效地吸附了從正極遷移過來的銻離子，降低了銻離子在負極析出的量，避免負極由於銻離子的沉積引起的析氫副反應增大，降低了電池失水，提高了電池的循環壽命。
以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。