和膏与涂板.docx

和膏与涂板和膏一、铅膏的性质：铅膏是极板活性物质的母体，是由一定氧化度和表观密度的铅粉与水和硫酸 溶液通过机械搅拌混合而形成的具有一定可塑性的膏状物质。铅膏在铅酸蓄电池 中的作用主要是为电化学反应提供和贮存所需的物质。它的性质主要表现为铅膏 的视密度和铅膏的稠度。因此，制成的铅膏要有较好的塑性，使涂板时铅膏易粘 结在板栅上并涂的均匀且充满板栅格体，另外还需要有一定的强度，能经受机器 涂板后辐压时机械振动和冲击作用。1、铅膏的类型：铅膏的类型可分为“膏型膏”(软铅膏)和“砂型膏”(硬铅膏)两类。膏型膏：和膏时采用较低密度的硫酸,一般酸密度为3(15 ), 每千克铅粉的含酸量约为2030g。适用于链式涂板机和手工涂板。砂型膏:和膏时采用较高密度的硫酸,一般酸密度为3(15), 每千克铅粉的含酸量约为3545g。适用于带式涂板机。2、铅膏的视密度：铅膏的视密度是指铅膏自然堆积的密度，即指铅粉分散在硫酸和水的液体中 自然堆积后其总重量与总体积之比。铅膏的视密度是铅膏质量的重要指标，对极 板活性物质的孔隙率的形成状态有很大的影响，而极板活性物质孔隙率对铅酸蓄 电池的容量和使用寿命都影响很大。一般情况下，铅膏的视密度低，则极板活性物质孔隙率大，活性物质利用率 高，蓄电池的初期容量有所提高，而在充放电过程中，活性物质相对易软化脱落， 影响使用寿命；相反，铅膏的视密度高，极板活性物质孔隙率相对小，活性物质 利用率低，蓄电池的初期容量下降，同时极板硬，在充放电过程中活性物质易膨 胀而造成极板弯曲变形。一般情况下，正极板用铅膏的视密度要略低些，约为4.04.1g/cm3,是为了 获得较好活性物质利用率，从而能获得较好的极板放电容量，同时活性物质的脱 落也会相对较少，并且极板产生的弯曲也较小。而负极板用铅膏视密度要略高些， 约为4.24.4g/cm3,因为负极板在化成后，极板物质是较软的海绵状铅，不会出 现极板受到膨胀压力而产生弯曲的现象。同时能相对获得较多的活性物质。 3、铅膏的稠度：铅膏的稠度是表示铅膏粘性的一个重要参数。如果铅膏的稠度小，机器涂板 时板栅出膏量少，生极板易出现凹陷、掉膏及板面不平整现象。如果铅膏的稠度 大，易产生板栅吃膏量多，填充难度大及板栅变形的现象。铅膏的稠度与加水量、加酸量、添加剂的类型及铅膏搅拌混合的方式、温度 等有关。一般情况下，加水量过多，稠度降低；硫酸量多，稠度升高。在搅拌过 程中，由于铅膏温度不同而产生的碱式硫酸铅类型和量也不同，较小的圆柱体形 的3PbO PbSO4H2O结晶体多时，铅膏的稠度较高；较大的棱形的4PbOPbSO4 结晶体较多时，铅膏的稠度较低。二、和膏的工艺过程和膏是将铅粉、净化水、稀硫酸和添加剂，按一定的工艺要求，在和膏机中 制成符合技术要求和涂填要求铅膏的过程。1、铅膏和制工艺流程:干混加水混合-检查-一出膏配料加白矿油搅拌车间和膏工艺流程:个负极槽化成备料及设备检查备料及设备检查I唾极干混搅拌一加水搅拌一加酸搅拌不检查 十出膏八 t 7| WI加水调节搅拌铅粉、添加剂纯水 稀硫酸铅膏标准：1、出膏温度:<50；2、视密度：真空和膏机：25AH （不含25AH、EV电池）以下：正极4.20±0.04,负极4.22±0.04；25AH （含25AH）以上及EV电池）：正极4.22±0.04,负极4.31±0.04； 快速和膏机：25AH （不含25AH、EV电池）以下：正极4.07±0.04,负极4.22±0.04；25AH （含25AH）以上及EV电池）：正极4.18±0.04,负极4.31±0.04。3、针入度：正极2628；负极3032。2、和膏的方式：2.1 普通和膏：如果设备是自动和膏机,要在设备微电脑上输入程序参数。如果是手工控制, 通过调节阀门进行控制。普通和膏机是目前使用量最多的和膏设备，该设备投资低、容易维修、使用 方便。2.2 真空和膏：真空和膏是在和制铅膏时，与外界隔离，利用负压控制温度，并将冷凝水全 部回到铅膏中的和膏方式。工艺特点：a、由于缸体转动，和膏混合过程中无死角；b、冷却不用抽风降温，配方的一致性得到很好的保证，配方组分保留在混 合物中；c、工艺过程独立于外界环境条件，因此受外界温度的影响较小；d、通过压力控制温度不会产生局部过热，和膏过程温度均匀，不会造成过 大晶体生成；c、硫酸被高速分散，提高了加酸速度，铅膏制备时间缩短；f、只有少量空气被抽出，基本封闭运行，减少环保设施费用；g、设备的购买和维修费用较高。2.3 连续和膏：其特点是铅粉和添加剂通过料斗进入和膏机，水和酸同时进入和膏机，在带 有螺旋的特殊搅拌齿的搅拌下，完成和膏作业。实现了连续和膏，从进料到出膏 时间很短、连续生产、封闭运行。3、和膏的设备：3.1 Z型和膏机:每次和膏量为50100kg。搅拌过程靠两个桨叶的回转方向及回转速度的不 同，搅动粉膏做轴向运动及径向运动，进行粉膏的混和。其优点是易于操作和控 制，缺点是生产效率低且在和膏过程中形成的块状膏团在搅拌中不易揉碎，和膏 均匀性较差，并且要掀盖加料，翻转出膏，不利于上下工序的连接和密闭化，同 时，铅膏温度的监控较为困难。3.2 碾式和膏机碾式和膏机由碾轮、圆筒状碾盘、犁形式刮片和传动装置等组成，每次和膏 量为200300kg。碾式和膏机的优点是搅拌得较均匀，铅膏“疙瘩”少，和制的 铅膏粘性好。缺点是不宜冷却和铅膏温度进行监控。3.3 浆式和膏机浆式和膏机由带冷却水套的圆型筒体和带有犁片和刮刀的搅拌器组成，每次 和膏量为500-1000kgo浆式和膏机具有和膏速度快、混合均匀、冷却效果好、 连续性密闭性强及可检测铅膏温度等特点。4、铅膏形成的机理及纯水、硫酸的作用：4.1铅膏形成的机理铅粉主要是氧化铅(PbO)和游离金属铅(Pb)所组成，其中PbO是一种 碱性氧化物，与水混合口寸生成胶状的氢氧化铅物质：PbO+H2O=Pb(OH)2o和膏过程的第一步：铅粉首先与水混合生成氢氧化铅灰浆状碱性物质。加酸 后，氢氧化铅与硫酸发生中和反应生成硫酸铅和水：Pb(OH)2+ H2O=PbSO4+H2Oo 由于生成的硫酸铅呈酸性，故与铅粉中的氧化铅继续反应而生成一碱式硫酸铅： PbSO4+PbO=PbOPbSO4o和膏过程的第二步：硫酸与氢氧化铅和氧化铅反应生成一碱式硫酸铅。一碱 式硫酸铅较为稳定，能与铅粉中的氧化铅继续反应生成二碱式硫酸铅、三碱式硫 酸铅和四碱式硫酸铅：PbO PbSO4+PbO=2PbO PbSO4； 2PbO PbSO4+PbO=3PbO PbSO4；3PbOPbSO4+PbO=4PbOPbSO4和膏过程的第三步：碱式硫酸铅的转化。铅膏中的一碱式硫酸铅多，铅膏易 失去塑性，不能涂膏；二碱式硫酸铅在铅膏中不稳定，易转化成其他形式的碱式 硫酸铅；三碱式硫酸铅较为稳定，在极板化成时易转化为0-PbO2。0-PbO2为正 方形晶系，晶粒细，表面积大，有多孔性，对电池初期容量有利；四碱式硫酸铅 化成时易转化为a-PbO2, a-PbO2为斜方晶系，晶粒大，密度大，对电池寿命有 利。在铅膏的和制过程中，铅粉中有一少部分金属铅与空气中的氧反应生成PbO, 反应式为：2Pb+O2=2PbOo因此，当和膏过程结束时，铅膏是由下列各组分组成的混合物：氧化铅(PbO)、硫酸铅(PbSCU)、一碱式硫酸铅(PbOPbSO4)、二碱式硫 酸铅(2PbOPbSO4)、三碱式硫酸铅(3PbOPbSO4)、四碱式硫酸铅(4PbOPbSO4)、 金属铅(Pb)、氢氧化铅(Pb(OH)2)、水(H2O)o 4.2水在和膏中的作用：a、和膏开始加水，是为了促进铅粉中的金属铅进一步地氧化和实现铅粉的 粘集。b、在和膏过程中，水起到使铅膏疏松和软化的作用。C、后期加水主要是调节铅膏的表观密度和稠度，保证铅膏出机后达到规定 的表观密度和稠度。d、水可起到调节活性物质的孔隙率的作用，即水的多少对固化干燥后极板 的孔隙率有所影响，从而对活性物质的反应面积有所影响。4.3硫酸在和膏中的作用：a、在和膏时加入一定量的硫酸溶液，生成碱式硫酸铅PbO PbSO4 H2O,它 的晶型或晶体结构起到交织结构，使铅膏形成一定的机械强度。b、硫酸与铅粉中的氧化铅(PbO)发生作用，改变铅膏的酸碱关系。c、硫酸的加入量能起到调节铅膏稀稠(软硬)及铅膏表观密度的作用。5、添加剂的种类和作用：单纯用铅粉与水、硫酸来和制的铅膏用于铅酸蓄电池极板，存在着极板活性 物质强度差、正极板易脱粉、负极板易收缩钝化及化学性能不佳等缺陷，这主要 是因为：a：形成的活性物质粘度低、松散；b：电极放电反应的产物为硫酸铅(PbSCU),在放电过程中PbSCU会逐渐形 成致密的层状，均匀地覆盖在铅电极表面，阻碍了内部活性物质与硫酸电解液的 反应速度，造成电极反应迟钝；c:PbSO4为高阻抗的不良导体，在放电过程中，随着PbSCU的逐渐增多，电 极电阻也迅速增大，导致电池内阻产生的电压降也迅速增大，使得蓄电池输出电 压迅速减小；d：负极的海绵状铅比金属铅有较大的自由表面积，因而有较大的表面能。 由于自然界的能量总是向着能量较小的趋势变化，因而电极上的海绵状铅具有再 结晶收缩其表面积、降低表面能的趋势，从而使电极的真实表面积大大减小，这 种情况称为活性物质的“收缩”。5.1正极添加剂：正极添加剂需要满足以下的条件：a：添加剂在酸性环境中不能溶解。一旦溶解到电解液中，不但在正极板上 起不到任何作用，可能危害电解液或负极板；b：添加剂应具有较强的抗氧化性能。在蓄电池充电时，正极板的氧化电位 很高，很多材料承受不了高的氧化电位，而发生分解反应；c：添加剂要对正极有延长寿命或提高某项性能的作用。目前常使用的添加剂有纤维、红丹、4BS、石墨等。(1)纤维：主要是增加极板的抗拉强度，阻止极板裂纹，掉块等缺陷的发 生。目前常用的纤维材料是聚酯纤维或丙纶纤维。在使用方面，主要要求纤维的 分散性好。一般纤维的长度35mm。纤维长度太短，增强强度的作用降低；长 度太长，涂板时容易挂钢丝，导致涂板困难。(2)红丹(Pb3O4=2PbOPbO2)：主要用于提高极板的化成效率，缩短化成 时间；多用于管式极板或较厚的涂膏式极板。对于薄型极板，添加红丹容易造成 极板的疏松，对寿命有不利的影响；(3) 4BS (4PbOPbSO4)：添加到正极板中，主要起到结晶晶种的作用，使 极板中的物质形成更多的4BS结晶，一般需要与高温固化配合使用。和膏时加 入4BS晶种，可使高温固化的生极板生成颗粒较小的、较多的4BS,且较均匀， 在高温固化下有阻止4BS晶粒长大的作用，阻止了生极板大颗粒的产生。一般4BS在极板中的添加量为0.5%1%。(4)石墨：石墨是导电性添加剂，主要增强了导电性。5.2负极添加剂：铅酸蓄电池的负极是由板栅和细颗粒的海绵状铅组成，这些海绵状铅是多孔 性的绒状物质，它具有比金属铅大很多倍的表面积。由于物质自由能自发减小倾 向，在充放电过程中，极板上这些细小的铅粒会逐渐聚集，使铅颗粒变大，使整 个负极板孔隙率逐渐变小，负极放电性能急剧下降，形成负极板“收缩二另外， 在放电过程中，负极产物硫酸铅是一种高阻抗物质，会逐渐形成一层致密的盐层, 均匀地覆盖在负极板表面，使铅电极与硫酸电解液隔开，铅电极与硫酸接触面大 大减小，负极放电性能急剧下降，形成负极板“钝化”。为了抑制负极的“收缩” 与“钝化。在负极铅膏中加入一些有机和无机化学物质，即负极添加剂。 负极添加剂主要有硫酸钢、腐殖酸、木质素、炭黑等。(1)硫酸钢：主要是在放电时为产物硫酸铅提供成核的中心(晶核作用)。 在放电时，硫酸铅可以在硫酸钢上析出，使溶解沉淀的硫酸铅不在金属铅上析出, 防止形成覆盖金属铅的钝化层，起到抑制负极钝化的作用。另外，由于硫酸钢高 度分散在活性物质中，所以以硫酸钢为晶核的硫酸铅层具有较大的比表面积，显 著降低了海绵状铅细颗粒粘结收缩的趋势，保持了负极板孔率和孔径的大小和有 效厚度，从而增加了负极的真实表面积，提高了负极的放电性能。在负极铅膏中 加入0.6%左右的硫酸钢能对负极板的“收缩”与“钝化”起至U很好的抑制作用。(2)腐殖酸：它能够吸附在负极的铅晶表面上，使铅得以保持其高分散性， 在放电过程中，形成PbSCU不能直接包围的铅粒，防止负极的收缩。腐殖酸在蓄 电池中的用量一般为0.3%0.9%。(3)木质素：木质素是分散剂，加入到蓄电池的负极板中，减小了活性物 质的尺寸，大大增加了表面积。在放电期间，它限制活性铅位置的覆盖面积，使 钝化推迟，改进和保持了容量，并具有良好的循环性能。蓄电池中一般使用木素 磺酸钠，在负极铅膏中的添加量为0.2%0.3%。(4)炭黑：乙焕黑是负极常用的炭黑材料。其作用除了改善活性物质导电 性及提高活性物质的孔隙率外，还能在金属铅的结晶过程中调节表面活性物质的 分布，聚集吸附过剩的表面活性物质，改善充电接受能力。乙快黑的用量在 0.1%0.4%。三、工艺和组分对极板性能的影响：1、酸量的影响：为了使铅膏能均匀地填涂在板栅格栅中，要求铅膏有较好的涂填性能。和膏 时硫酸和水的加入量达到一定范围才能获得具有可涂性的铅膏。硫酸量过多，使 铅膏中存在大量的硫酸盐，从而使铅膏可涂性变差。反之，减少铅膏含酸量，黏 度增大，铅膏变软。对于正极，随着铅膏表观密度的降低，活性物质孔隙率增加， 利用率提高，在活性物质质量恒定时，有利于容量的提高，但对寿命起着相反的 作用，铅膏表观密度越低寿命越短。和膏过程中加入物料的顺序也很重要。如果和膏时水不是一次加足，而是加 酸后一段时间再补加较多的水，后来加入的水儿乎不与铅粉反应，不仅涂板操作 困难，而且固化干燥后往往会出现脱粉和裂纹。用这类极板组装的电池，性能也 会较差。2、和膏温度的影响：在和膏过程中，由于铅粉中游离金属铅的氧化反应热、氧化铅与硫酸的中和 反应热以及机械摩擦热等，使得和膏过程中铅膏的温度很高，特别是和膏时加入 的硫酸量较多，所使用的硫酸溶液浓度较大时，铅膏的温度会升至80c左右。温度过高后，会导致铅膏生成大量的PbOPbSO4,使得铅膏发硬甚至“死膏，因 此一般情况下，和膏过程的温度范围控制在4050C,出膏温度范围控制在 35 40。3、添加剂的影响：a：正极铅膏：加入较多的纤维或者较长的纤维，涂板时会挂到刮板钢丝上， 对涂板有一定的影响，因此要选择合适的纤维长度和适当的加入量，并要清理刮 板钢丝。b：负极铅膏：与添加腐殖酸相比，添加木素添加剂的负极初期性能，如蓄 电池的初期容量、低温放电性能要好一些，充电接受性能要差一些。添加木素的 负极板在极板化成收板时，容易出现粘板，造成废品增加。添加腐殖酸铅膏涂板 工艺性表现良好，对充电接受能力的不良影响小一些，化成过程中不会出现粘板 现象，蓄电池的初期性能不如木素极板的初期性能好，但腐殖酸的溶解性较低, 可以较长时间保留在负极板中，使负极板有较长的寿命。4、铅粉的影响:铅粉的表观密度越低，和膏涂板的工艺性越好；铅粉的氧化度越高，和膏涂 板的工艺性越好。铅粉要存放几天后才能使用，存放时间长，和膏涂板的工艺性 好；不存放或存放时间不够的铅粉，不但工艺性差，蓄电池的性能也差。涂板一、涂板工艺流程:涂板是指铅膏与板栅形成涂膏式极板的过程，即将铅膏按照规定的数量均匀地涂填到板栅格子体内，使铅膏与板栅良好结合的过程。涂填检查板面膏量-压实,表面干燥检查水量存放车间涂板工艺流程:车间涂板工艺流程:1、重力浇铸板栅涂板：重力浇铸板栅涂板机分为主机和涂斗两个部分。主机部分控制涂板带的速度 和进板栅的速度；涂斗的作用是容纳、搅拌铅膏，并将铅膏通过转滚均匀的挤入 涂板带上的板栅格子体中。涂板机先设定主机速度，调整进板栅速度，与主机速度配合合适。在涂板带 上板栅之间的距离，应保持片与片之间的余膏顺利从涂板带上掉下去。若板栅之 间的距离较小，沾到前一片极板边框上的余膏，经辐轮碾压后，沾到后一片极板 上，造成贴膏现象。若间距大，余膏虽然不会沾到极板上，但从涂板带上掉下的 余膏较多，造成铅膏回用较多，增加工人的劳动强度，不利于节约和质量控制。涂斗的调整高度应适合板栅的厚度，调试涂斗一般要保持高于板栅0.2mm, 高度调整要平衡。调整涂斗的速度要达到两个效果，一是背面少露或不露筋条, 二是达到工艺要求的涂板重量。2、拉网板栅涂板：拉网涂板是在扩展板栅的铅网带上连续的涂填，进涂板机的是铅合金网带, 出涂板机的是涂填铅膏的极板带，极板带经过裁切分成小片极板，然后进入快速 干燥机，出机后，码放在卡板上，再进入固化室。板栅带通过板栅带架进入涂板机，涂板机的涂膏斗下面装有涂膏框架和挡膏 板工装。涂膏斗中的铅膏在搅拌中挤到转动的涂板转辐，板栅带在转辐上一同转 动，铅膏就涂填到板栅带上。在板栅带进入涂板机时，下面的涂板纸同时进入, 沾到极板带的下面。涂好的极板带要经过辐压，同时进入压辐的还有涂板纸，在 压辐上粘合在一起，贴在极板的上面。之后极板带进行分板和快干。分板采用转刀式分板。分板后，极板进入快速干燥机干燥。之后由码垛机码 垛，然后由手工或机械手放到卡板上。二、淋酸的作用及控制：重力浇铸板栅经涂板机涂出来的生极板，紧接着要经过淋水辐压和淋酸辐压 的过程。极板经过辐轮的目的是增加极板铅膏的密度；淋水是保证极板的铅膏不 沾到辐轮缠着的压布上。淋酸的作用：a：在极板的表面生成一层很薄的硫酸铅，硫酸铅没有黏性，在经过快速干 燥后，生极板收板和固化上架时，不容易粘板；b：由于硫酸铅的形成，表面比较致密，可很好地保持极板内的水分，使极板得到很好的固化。淋水量和淋酸量要严格控制。一般lh淋水量不超过100kg,淋酸量不超过 110kg,酸密度应控制在1.071.16g/cm3。控制用水量和用酸量可以减少水和酸的 回用量，同时减轻环保处理的压力，减少消耗。拉网生产过程中，因为上下面贴了涂板纸，生极板不需要淋酸。三、表面快速干燥的作用及控制：表面快速干燥的作用：a：充分除去极板表面活性物质的水分，防止收板时极板粘连；b：保证极板内部铅膏含有一定量的水分，以利于极板固化时铅膏内金属铅 的氧化。经过表面快速干燥的极板，正极板水分应保持在极板膏量的9%以上，负极 板水分应保持在极板膏量的8%以上。表面快速干燥由温度和风速两个参数控制。 四、涂板过程的质量控制：涂板是将板栅和铅膏组合形成极板的过程，在这个组合过程中要求对铅膏的 涂填量、涂填的均匀性、铅膏的压实程度以及铅膏的含水量等进行很好的控制， 否则会导致极板产生活性物质量不足或超量、极板发生弯曲、裂纹以及活性物质 早期脱落、使用寿命过早终止等弊病。1、涂膏量及涂填均匀性的影响：如果涂膏量过少，极板容量达不到要求；涂膏量过多，极板过厚，一方面浪 费材料，另一方面给蓄电池的组装带来困难。若极板涂填得不均匀，在蓄电池充放电过程中，板面活性物质体积收缩和膨 胀不一，极易造成极板弯曲和活性物质脱落。2、极板涂填后压实及淋酸的影响：压实是为了使极板铅膏与板栅接触牢固，适当提高铅膏视密度使极板具有较 好的机械强度及较高的表面积，有利于电池的容量及使用寿命。极板压实时压力 应适当，若压力过小则达不到压实的目的；压力过大则铅膏会被挤压得太紧，降 低极板活性物质的孔率而影响极板的放电性能。同时极板若压实过紧，在固化干 燥过程中容易出现极板皴裂和孔洞及化成时极板表面易出现起泡现象。淋酸时应选择适当的淋酸时间和稀硫酸密度。如果淋酸时间过长、稀硫酸密 度过高，则会使极板表面生成的硫酸铅层过厚且硬，在以后的极板化成后，表面 会留下一层硫酸铅盐霜，严重时正极板活性物质的转化效果较差，造成化成不透；o 如果淋酸时间过短、稀硫酸密度较低，则失去了淋酸的意义，会使极板表面形成 的硫酸铅膜过薄而起不到防止极板开裂和粘连的作用。3、极板水分的影响：极板铅膏内水分的多少是决定极板固化过程中铅膏中的游离Pb氧化成PbO 的重要条件，也是极板上活性物质之间以及活性物质与板栅之间进行良好结合的 保证。如果铅膏中水的量不足，游离铅的氧化程度不够，固化干燥后极板上的活性 物质容易裂纹松散，且活性物质与板栅接触处的氧化腐蚀结合程度不好，在蓄电 池的充放电过程中活性物质易产生脱落。如果铅膏的水含量过多，铅膏中的水膜 较厚，由于在液膜中氧的扩散距离较短，氧的传递速度受到限制，从而限制了铅 氧化反应速度。当水分降至某一合适范围时，极板的固化生产期已到，造成铅膏 中金属铅的氧化程度不够。因此，铅膏中水分的过多或过少，都将会影响游离铅的氧化速度，都会导致 固化后极板活性物质中金属铅的含量过高，无法形成交联坚实的纤维状结构，而 且板栅表面缺乏氧化铅腐蚀层，也削弱了活性物质与板栅金属之间的结合力，形 成的活性物质易脱落。此外，部分金属铅粒子在化成时转化为二氧化铅时体积会 增加，会使活性物质孔率降低，化成时产生的氧气不易传输到极板表面逸出，而 是在内部积累，产生压力，促使活性物质起层脱落。