一种铅酸蓄电池生极板中碳酸铅含量的测定方法与流程

本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，尤其涉及一种铅酸蓄电池生极板中碳酸铅含量的测定方法。

背景技术

铅酸蓄电池发明已有150多年的历史，随着社会的进步和经济的快速发展，资源和能源日渐短缺，生态环境日益恶化，能源问题和环境危机成为人类社会所面临的两大挑战，人类更加依赖于太阳能、风能和氢能等清洁可再生能源。作为储能系统、电动车电源驱动系统中所使用的铅酸蓄电池，由于其可靠性好、性价比高、可回收利用等优势而得到广泛应用。

近几年来，由于国家对环保的要求。铅酸蓄电池均由外化成工艺切换成内化成工艺，极板在经过固化、干燥和分刷片后直接进行电池组装。由于组装过程较慢，生极板经常会放置一段时间后才开始包片组装电池。在极板制造过程中，极板中的铅很容易接触到空气中的二氧化碳和水汽，在这样的环境中很容易生成碳酸铅(pbco3)，分刷片后的生极板由于存放的时间和环境也会造成极板表面生成碳酸铅，随着存放时间和环境的不同，极板中会生成不同含量的碳酸铅。

极板中碳酸铅含量的多少对极板的性能有很大的影响，首先在加酸过程中，由于极板表面有碳酸铅存在，加酸后会产生大量的气泡，加上铅酸蓄电池是紧装配结构，硫酸是从极板四周向中心渗透，气泡会阻碍硫酸向中心的渗透，加之内化成工艺对浸酸时间要求更短，由此会导致电池极板化成质量较差，最终带来电池性能的下降。

因此，对于确定生极板中碳酸铅含量的多少对电池极板性能的影响，测定不同存放时间和环境条件下会产生多少碳酸铅，对于控制生极板的性能来说是十分必要的，而为了解决上述问题，首先需要测定生极板中碳酸铅的含量，cn102654492a公开了一种碳酸铅含量测定装置和方法，但其测试过程繁琐，操作复杂，数据误差极大，测试结果不能真实的反应极板中碳酸铅的准确含量，现有生极板制造过程中缺少一种精确测定极板碳酸铅含量的方法。

技术实现要素：

本发明为了检测铅酸蓄电池在生极板制造和存放过程中产生碳酸铅的含量的问题，提供了一种测试方法简单高效、准确性高的铅酸蓄电池生极板中碳酸铅含量的测定方法，根据测试结果选择合适的存放方式，确保了加酸后极板的化成质量，同时使得电池性能得到提升。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铅酸蓄电池生极板中碳酸铅含量的测定方法，包括以下步骤：

(1)随机抽取待测生极板，将铅膏敲下并研磨均匀，得待测铅膏粉体；

(2)称取待测铅膏粉体加热前的质量，记为m，测定待测铅膏粉体在500℃惰性气体气氛下的热重曲线，分析热重曲线得待测铅膏粉体的损失百分数，记为a0％；

(3)测定生极板各添加剂在500℃惰性气体气氛下的热重曲线，分析热重曲线得各添加剂的重量损失百分数，分别记为a1％，a2％，……an％；

(4)按照以下公式计算待测铅膏粉体中的碳酸铅分解产生的气体质量m0：

m0＝m*a0％-m*c1％*a1％-m*c2％*a2％-m*cn％*an％；

其中：c1％，c2％，……cn％为待测铅膏粉体中各添加剂的添加质量百分数；

(5)按照以下公式计算待测铅膏粉体中碳酸铅的质量m1：

m1＝267.2*m0/44；

(6)按照以下公式计算待测生极板中碳酸铅的质量百分含量d：

d＝m1/m×100％；

(7)重复步骤(1)-(5)，取待测生极板中碳酸铅的质量百分含量d的平均值即为铅酸蓄电池生极板中碳酸铅含量。

本发明的测试方法简单高效，基于500℃温度内碳酸铅可以完全分解，生极板铅膏中除添加剂外无其他物质分解。分解时碳酸铅分子量为267.2，二氧化碳分子量为44；根据化学反应方程式(1)，可简便得出待测铅膏粉体中碳酸铅的质量m1＝267.2*m0/44；

本发明的铅酸电池生极板中碳酸铅含量的测定方法在本领域属于新的发明，cn102654492a公开了一种碳酸铅含量测定装置和方法，是采用加硫酸电解液后收集气体体积的方法，测试过程十分繁琐，其次，铅膏中的游离铅，添加剂中的杂质铁等均能与硫酸反应产生氢气，因此收集的气体不全是二氧化碳，此外，酸是否反应完全和收集气体的摩尔体积也不能确定，得到的碳酸铅含量数据误差极大。生产中未采用此测定装置和方法。相对于现有的测试手段，本发明直接以碳酸铅本身受热分解重量损失为基准，不但扣除了干扰的物质分解，而且能够确认碳酸铅分解完全。

作为优选，步骤(2)和(3)中，热重曲线的测试气氛为氩气或氮气。

作为优选，步骤(2)和(3)中，热重曲线的测试条件为：升温速率为5～10℃/min。

作为优选，步骤(1)中，所述待测生极板的存放方式包括敞口放置，自封袋密封放置和干燥器放置。

作为优选，步骤(1)中，所述待测生极板为经分刷片后存放15天的正生极板或负生极板。

因此，本发明具有如下有益效果：

(1)在生极板铅膏成分复杂的情况下，能真实的反应生极板中碳酸铅的含量；

(2)测试时间较短，操作方便，适用于生极板中碳酸铅含量的检验；

(3)不同存放环境的生极板进行测试，根据结果能得到最适的存放方式；

(4)为铅酸蓄电池极板中任何一种物质含量提供了一种精确测试方法。

附图说明

图1是实施例1中3片负生极板铅膏试样的热重曲线图。

图2是待测生极板中各添加剂试样的热重曲线图。

图3是实施例2中3片正生极板铅膏试样的热重曲线图。

图4是实施例3中3片负生极板铅膏试样的热重曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

实施例1测定车间敞开自然存放15天的负生极板中碳酸铅含量：

(1)随机抽车间生产的分刷片后存放15天的负生极板3片，分别把铅膏从板栅上敲下来，用研钵把每一片生极板对应的铅膏研磨均匀后装入自封袋(记为1#、2#、3#)；

(2)取1#试样放入提前调好的热重仪器坩埚中，条件要求：氩气(ar)气氛中，升温速率为5℃/min，升温至500℃停止，测得待测铅膏粉体在500℃惰性气体气氛下的热重曲线，如图1所示；

(3)按步骤(2)操作，分别测试出负极添加剂：木素、腐殖酸、短纤维、硫酸钡和乙炔黑的热重曲线(可以作为标准曲线来使用)，如图2所示；

(4)重复步骤(2)，依次测试出2#、3#试样的热重曲线，如图1所示；

(5)测得1#试样加热前的重量m1#为20-70mg，加热后损失百分数a0％为6.3977％；

(6)测得各添加剂加热后损失百分数：木素为43.0242％(a1％)，腐殖酸为26.082％(a2％)，短纤维82.7148％(a3％)，和膏时该批次负生极板中各添加剂的添加含量分别为木素为1.5‰-3‰(c1％)，腐殖酸为0.5‰-2‰(c2％)，短纤维0.6‰-1.2‰(c3％)；

(7)按下列公式计算碳酸铅的含量d1#：

d1#＝m1(1#)/m1#×100％＝38.74％

式中：m0(1#)——1#铅膏中的碳酸铅分解产生的气体量，mg；

(m0(1#)＝m1#*a0％-m1#*c1％*a1％-m1#*c2％*a2％-m1#*c3％*a3％)

m1(1#)——1#铅膏中的碳酸铅含量，mg；(m1(1#)＝267.2*m0(1#)/44)；

m1#——1#加热前的重量，mg；

d1#——1#负生极板中碳酸铅含量，％；

同样的方法求得d2#和d3#(分别代表2#、3#负生极板中碳酸铅含量，％)

最终车间存放15天生极板碳酸铅含量为d＝(d1#+d2#+d3#)/3＝38.64％。

实施例2测定车间敞开自然存放15天的正生极板中碳酸铅含量：

(1)随机抽车间生产的分刷片后存放15天的正生极板3片，分别把铅膏从板栅上敲下来，用研钵把每一片生极板对应的铅膏研磨均匀后装入自封袋(记为1#、2#、3#)；

(2)取1#试样放入提前调好的热重仪器坩埚中，条件要求：氩气(ar)气氛中，升温速率为10℃/min，升温至500℃停止，测得待测铅膏粉体在500℃惰性气体气氛下的热重曲线，如图3所示；

(3)按步骤(2)操作，分别测试出正极添加剂：短纤维和石墨的热重曲线(可以作为标准曲线来使用)，如图2所示；

(4)重复步骤(2)，依次测试出2#、3#试样的热重曲线，如图3所示；

(5)测得1#试样加热前的重量m1#为20-70mg，加热后损失百分数a0％为4.4891％；

(6)测得添加剂加热后损失百分数：短纤维82.7148％(a1％)，和膏时该批次正生极板中添加剂短纤维的添加含量为0.6‰-1.2‰(c1％)；

(7)按下列公式计算碳酸铅的含量d1#：

d1#＝m1(1#)/m1#×100％＝28.46％

式中：m0(1#)——1#铅膏中的碳酸铅分解产生的气体量，mg；

(m0(1#)＝m1#*a0％-m1#*c1％*a1％)

m1(1#)——1#铅膏中的碳酸铅含量，mg；(m1(1#)＝267.2*m0(1#)/44)

m1#——1#加热前的重量，mg；

d1#——1#负生极板中碳酸铅含量，％；

同样的方法求得d2#和d3#(分别代表2#、3#负生极板中碳酸铅含量，％)

最终车间存放15天生极板碳酸铅含量为d＝(d1#+d2#+d3#)/3＝28.14％。

实施例3测定车间密封袋存放15天的负生极板中碳酸铅含量：

(1)随机抽车间生产的分刷片后存放15天的负生极板3片，分别把铅膏从板栅上敲下来，用研钵把每一片生极板对应的铅膏研磨均匀后装入自封袋(记为1#、2#、3#)；

(2)取1#试样放入提前调好的热重仪器坩埚中，条件要求：氩气(ar)气氛中，升温速率为8℃/min，升温至500℃停止，测得待测铅膏粉体在500℃惰性气体气氛下的热重曲线，如图4所示；

(3)按步骤(2)操作，分别测试出负极添加剂：木素、腐殖酸、短纤维、硫酸钡和乙炔黑的热重曲线(可以作为标准曲线来使用)，如图2所示；

(4)重复步骤(2)，依次测试出2#、3#试样的热重曲线，如图4所示；

(5)测得1#试样加热前的重量m1#为20-70mg，加热后损失百分数a0％为2.0945％；

(6)测得各添加剂加热后损失百分数：木素为43.0242％(a1％)，腐殖酸为26.082％(a2％)，短纤维82.7148％(a3％)，和膏时该批次负生极板中各添加剂的添加含量分别为木素为1.5‰-3‰(c1％)，腐殖酸为0.5‰-2‰(c2％)，短纤维0.6‰-1.2‰(c3％)；

(7)按下列公式计算碳酸铅的含量d1#：

d1#＝m1(1#)/m1#×100％＝11.63％

式中：m0(1#)——1#铅膏中的碳酸铅分解产生的气体量，mg；

(m0(1#)＝m1#*a0％-m1#*c1％*a1％-m1#*c2％*a2％-m1#*c3％*a3％)

m1(1#)——1#铅膏中的碳酸铅含量，mg；(m1(1#)＝267.2*m0(1#)/44)

m1#——1#加热前的重量，mg；

d1#——1#负生极板中碳酸铅含量，％；

同样的方法求得d2#和d3#(分别代表2#、3#负生极板中碳酸铅含量，％)

最终车间存放15天生极板碳酸铅含量为d＝(d1#+d2#+d3#)/3＝11.76％。

根据实施例1-3的铅酸蓄电池生极板中碳酸铅含量的测定，可以发现在实际生产中极板应使用胶带缠绕密封储存在通风、干燥的环境中，能够确保加酸后极板的化成质量，同时使得电池性能得到提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。