废旧铅膏制备负极板的性能研究范文

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《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