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废旧铅膏制备负极板的性能研究范文

时间:2022-06-03 09:50:10

废旧铅膏制备负极板的性能研究

《再生资源与循环经济杂志》2015年第四期

1极板制备、电池组装及测试

正极板和常规负极板为采用一号精铅球磨法铅粉的正常极板,试验电池负极板采用回收铅粉。试验负极板的和膏,固化工艺根据回收铅粉的物性进行调整。由于回收铅粉氧化度较高,吸水量增大,和膏中加水量提高至16.5%(相对于铅粉使用质量,下同)。另外,废旧铅粉中的BaSO4在处理过程中不易除去,因此BaSO4的添加量降低至0.3%,其他如腐殖酸、木素、短纤维等添加剂按正常工艺执行。铅膏视比重控制在4.2g/cm3。板栅尺寸为44.3×69.0×1.3mm的Pb-Ca合金板栅,涂膏量为17g。固化工艺采用高温高湿固化工艺。样品电池采用“两正一负”的装配模式,电解液密度为1.265g/cm3,装配及内化成工艺按华富公司生产工艺执行。电池测试采用CT-3008W5V3A-TF型(深圳市新威尔电子有限公司)高精度电池性能测试系统。充电接受能力和荷电保持能力测试按国家标准《GB/T22199-2008电动助力车用密封铅酸蓄电池》执行。容量测试:恒流恒压充电(电流为0.4A,电压为2.45V,时间为10h);恒流放电(电流为0.9A,截止电位为1.75V)。循环寿命测试:对两种电池各选取5只进行100%DoD循环,以0.9A放电至1.75V;放电后,恒压2.45V,限流0.4A,充电10h,再静置1h,为1次循环,直至容量连续3次低于75%时,视为寿命终止。

2结果与讨论

2.1废旧铅粉回收处理表1显示了废旧负极铅膏的组成成分,PbSO4的含量高达72.3%,说明负极的硫酸盐化非常严重。如图1所示,采用碳酸盐脱硫以及高温煅烧的工艺路线进行处理。PbCO3和PbSO4的解离系数分别为3.3×10-14和1.06×10-8,因此反应式(1)的平衡系数为3.2×105,说明PbSO4非常易于转化为PbCO3。通过对比表1中PbSO4,Pb,PbO的含量,处理后的PbSO4含量低至3.5%。通过优化反应物料比和反应时间,获得了极高的脱硫效率。PbCO3的热分解温度在180~350℃,为了防止PbO与空气中O2进一步反应生成Pb3O4,在N2氛围进行煅烧。球磨铅粉是由表面覆盖一层PbO的金属铅微粒组成的颗粒状粉末,即一种金属铅和PbO组成的核壳型微粒。而回收铅粉经过高温烧结处理,PbCO3发生分解,金属Pb也发生氧化反应,因此其氧化度高达93.1%,见表2,其表观密度则下降至1.18g/cm3,吸水量上升至192mL/kg。图2的数码图像也能够清晰反映物料的颜色差异,球磨铅粉(A)呈现为黄绿色,灰黑色的废旧负极铅粉(B)经过脱硫后变成灰色(C),煅烧后得到的是黄褐色的粉体(D)。

2.2负极板的制备和电池性能由于回收铅粉氧化度和吸水率高,如1.3中所述,对和膏工艺进行了优化。采用高温高湿的固化工艺,极板裂纹得到有效抑制,但是活性物质颗粒间粘合力较弱导致极板跌落强度差。本实验中,采用2种负极板装配得到1.8Ah电池,电池性能如表3所示。图3显示样品电池在0.5C放电速率下的容量曲线,实验电池的放电容量略低,为1747.9mAh,可能是由于回收铅粉时比重低导致活性物质颗粒结合较为疏松,极板内阻增大,活性物质利用率较低。此外,实验电池具有较好的荷电保持能力,存放28d后,依然保持有初始容量的97.3%。图4显示了两种电池在100%DoD下的容量衰减情况。在循环测试初期,实验电池有更为明显的容量上升。在电极的充放电过程中,活性物质存在膨胀和收缩现象,使活性物质易于脱落。相比之下,实验电池的容量衰减比常规电池更明显,可能还是与活性物质间疏松的内部结构有关。

3结论

通过碳酸盐脱硫-高温烧结的方法回收处理负极废旧铅膏得到纯度较高的氧化铅粉体。对比了铅粉的物性特征,优化了负极板制备工艺,得到的实验电池性能较好,能基本满足使用要求。但是活性物质的稳定性没有得到很好的提高,下一步将优化铅粉处理工艺,改善其表面形貌,同时优化电池制作相关技术工艺,结合添加剂的使用,使电池循环寿命得以延长。

作者:黄毅汪的华朱明海于尊奎顾立贞周寿斌单位:江苏华富储能新技术股份有限公司

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