详细介绍:
LEGACY狮克蓄电池LGP12/7 12V7AH生极板的固化、干燥是铅酸蓄电池极板制造过程中的一道关键工序,它直接影响到化成后极板的机械强度和电性能,关系到铅酸蓄电池的容量大小和寿命长短。
一、极板固化干燥的目的
1、控制游离金属铅的含量
2、碱式硫酸铅的再结晶程度
3、内在结构强度
4、板栅表面的腐蚀程度
二、固化与干燥的现有技术工艺
1、常温固化、干燥
涂添后的极板在固化室温湿度下放置48h~72h,在此过程中要防止极板失水过多造成极板开裂,影响极板固化,同时要完成极板板栅的表面腐蚀(板栅在30℃下24h后开始表面腐蚀)。此固化其温度为室温,基本上不加以控制,受室外环境温度的影响较大,季节将给室内固化带来较大的影响,且极板的干燥基本上是靠阳光晒和风干,其生极板的含水量更难以控制,其他组分的含量均不能达到技术指标要求,使得蓄电池容量、寿命均难得以保持。
2、蒸汽固化、干燥
用水蒸气加热固化称为蒸汽固化。蒸汽固化期间铅膏含水量不变,其原因:
蒸汽固化用蒸汽直接加热,它既控制了温度又控制了湿度。在RH接近100%时,铅膏中水分向外扩散的速度V扩很大,同时,室内的热水蒸汽向铅膏内部渗透,其速度V渗也很大,两者速度均会随温度升高而加快。因此,铅膏含水量就会很快维持在一定的动态平衡中。
三、专利固化——全自动蒸汽、水、热风固化干燥
经研究发现:
1、涂添后的极板在固化的水分扩散渗透期间,一方面使合膏形成的尚未稳定的碱式硫酸铅再结晶,提高活性物质粒子间的内聚力,使铅膏物质形成牢固的胶体网状结构,此过程在自然固化时需48h~72h,蒸汽固化可以缩短至24h以内。
2、再结晶条件:再结晶作用发生在铅膏含水量大于5%时,为了达到较高的再结晶速率,必需使铅膏能在较长的时间间隔内保持5%以上。
其最佳的再结晶条件是:温度40℃~45℃;湿度RH接近100%;铅膏含水量11%;再结晶时间17h。
在水分维持动态平衡中,由于室内的热水汽溶有氧气,此热水汽向内部渗透,当渗透到板栅表面时使板栅氧化,发生微电化学反应如下:
阳极:板栅Pb→Pb2++2e
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}
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→Pb(OH)2→PbO+H2O(扩散出去)
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阴极:1/2O2+H2O→2OH-2e
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板栅由于真实表面积小,反应速度较慢,生成的PbO与铅膏中的PbO及碱式硫酸铅中的PbO形成共价键,从而增加了板栅与活性物质的附着力。
在此过程中热水汽渗同时透到铅膏内的游离铅小颗粒上使其氧化,由于铅膏含水量大(H2O=11%)反应速度也较慢。
干燥固化:此时往固化室内鼓入热风加热,加热温度应小于115℃。为确保再结晶形成的胶体网状结构不被破坏,此过程应控制极板蒸发水分的速度,在V扩稍大于V渗的条件下进行,这样水分蒸发较缓慢,保存了胶体网状结构,使极板孔率均匀,活性物质坚固,极板不会产生裂纹。
干燥固化过程中,蒸发是从表面开始的。极板表面的水分蒸发了,表面的水分含量就比内部的低,内部的水分就向表面扩散,同时,空气中的氧气也顺着这个通道向极板内部扩散。由于游离铅外面包有碱式硫酸铅的胶体层,空气中的氧气溶于水中,借助于水膜通过胶体层使铅氧化。干燥固化结束后,铅膏中游离铅含量达到正极板<2%、负极板<5%。
由于高温气体会使固化室内温度上升很快,为了使扩散速度跟得上蒸发速度,同时控制蒸发速度,干燥固化采取分阶段控温、控湿供热,即使水分多次按“内部→扩散表面→蒸发固化室内→凝结成水滴或排到固化室外”。
以上是该专利的固化室及工作原理图,该固化室可以使用砖砌、浇注的平房,也可以是钢结构的隔热房,根据固化工艺的需要和进板时间的限制,采用尺寸为长7m;宽3.5m;高2.8m;体积70m3±5m3,长、宽可在维持高度2.8m的基础上适当调整。
工艺要求:
(1)保湿固化
此阶段温度温度40℃~45℃;湿度RH接近100%;24h。此阶段将完成碱式硫酸铅再结晶,完成板栅部分氧化、游离铅部分氧化。
工艺要求:
极板进入固化室前,固化室的地面、墙面应临水湿润,确保湿度接近100%,此保湿固化以蒸汽加热为主,通过固化室顶部两侧面的雾化喷嘴喷入水蒸汽,通过鼓风机将固化室内的水蒸气由固化室顶部抽出,从底部鼓入,反复循环,使得固化室内的极板均匀接触蒸汽,喷入水蒸气的量以固化室温度在40℃~45℃为标准,固化室内的湿度可用安装在固化室顶部的排湿风机调节。
此保湿固化阶段优选的:分2个阶段,工艺流程和技术指标如下表:
保湿固化
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温度
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湿度
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时间
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第一阶段
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40℃
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99%
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10h
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第二阶段
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45℃
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99%
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14h
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技术指标
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极板板栅腐蚀率
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碱式硫酸铅再结晶率
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游离铅含量
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正极板
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负极板
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40%
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50%
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5%
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8%
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(2)氧化固化
降湿/热风氧化阶段,在此阶段加热方式由蒸气过度到热风,湿度由99%降至75%,使得水份蒸发速度变快,氧化过程加快,放出的热量大,随氧化的进行其氧化速度越来越放缓,为达到铅膏因板栅氧化发热失水与固化室内蒸汽补水的平衡度,使生极板缓慢失水,其室内湿度应逐渐降低。在此阶段可以看到极板的板面、极耳明显的发黄,从固化室门口往里即可看到杏黄色。待干燥完成后极耳变为暗灰色。
氧化固化
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温度
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湿度
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时间
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第一阶段
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45℃
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99%~95%
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8h
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第二阶段
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55℃
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95%~85%
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8h
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第三阶段
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65℃
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85%~75%
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10h
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技术指标
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极板板栅腐蚀率
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碱式硫酸铅再结晶率
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游离铅含量
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正极板
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负极板
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60%
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50%
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2%
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5%
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(3)干燥固化阶段
干燥固化主要控制铅膏水份的蒸发速率,以保证胶体网状结构由湿态逐步过渡到干态,板栅表面腐蚀程度进一步加强,极板游离铅含量逐步下降到工艺值(含水量愈高,游离铅含量相对也较高)。要求生板铅膏含水量低于0.5%,高于这个数值化成比较难熟,负板脱皮、气泡、正板花片、掉膏等,使蓄电池初期容量下降。
干燥固化
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温度
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湿度
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时间
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第一阶段
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45℃
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75%~55%
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4h
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第二阶段
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65℃
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0%
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4h
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第三阶段
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75℃~115℃
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0%
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16h
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技术指标
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极板板栅腐蚀率
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碱式硫酸铅再结晶率
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水分
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游离铅含量
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正极板
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负极板
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0%
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0%
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≤0.5%
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≤2%
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≤5%
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注:干燥固化的第一阶段是极板固化的关键阶段,经研究发现此阶段如不经本发明的工艺处理,将会给极板强度带来很大影响,轻则造成极板裂纹、极板活性物质疏松,使极板的寿命降低。重则造成极板脱粉蓄电池短路报废。此阶段的关键是停温保湿,目的是在极板进入干燥阶段前,使极板内外水分自然平衡。
四、本发明的关键技术
1、固化室的结构及为达到高质量极板的固化要求,使用喷入水雾、热蒸汽、热风和合理的抽湿。
2、发明合理的固化工艺完成极板碱式硫酸铅再结晶、游离铅的要求指标、极板板栅的腐蚀与铅膏中的PbO及碱式硫酸铅中的PbO形成共价键,使铅膏活性物质结构致密,强度最大,增大蓄电池的容量和寿命。
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