铅酸蓄电池的装配.doc

铅酸蓄电池的制备【实验目的】本实验通过铅酸蓄电池的装配，达到以下目的：1掌握铅酸蓄电池池充放电原理和端电压的测量办法2 熟悉铅酸蓄电池制造的一般工艺步骤及其工艺方法。3了解铅酸蓄电池池的构成和各部分的作用。【实验原理】铅酸蓄蓄电池即是贮存化学能量并于必要时放出电能的一种电气化学设备，是目前世界上应用最为广泛的电池产品，可应用于电信电力、国防铁路、汽车、银行、UPS不间断电源系统、电动工具、电动助力车、摩托车、应急照明系统、太阳能系统等。构成铅酸蓄电池的主要部分是电池槽、电池盖、正极板(二氧化铅PbO2为活性物质)、负极板(海绵状铅Pb为活性物质)、稀硫酸电解液、隔板及附件(液口栓、盖子等)。 铅蓄电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生2V的电压，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化： (阳极) (电解液) (阴极) PbO2 + 2H2SO4 + Pb - PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应) （1）(阳极) (电解液) (阴极)PbSO4 + 2H2O + PbSO4 - PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应) （2）1. 放电中的化学变化 铅酸蓄电池放电过程两电极的反应原理如图1所示，蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物硫酸铅。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度，亦即测其比重，即可得知放电量或残余电量。 2. 充电中的化学变化 由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸,铅及过氧化铅,因此电池内电解液的浓度逐渐增加, 亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束，而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧，充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此时应以纯水补充之。图1 铅酸蓄电池放电过程两电极的反应原理图3、 电动势的产生当铅酸蓄电池与外线路连通时，正、负极上的电化学反应就会自发的进行，当电池中电能与化学能转换达到平衡时，正极平衡电动势E+与负极平衡电动势E 之差即为电池的电动势。 Ee = EPO2/PbSO4EPb/PbSO4式中EPO2/PbSO4、EPb/PbSO4分别为正极平衡电位和负极平衡电位。Ee的数值等于达到稳定时的开路电压。当没有离子迁移(转换)或电子流动时，可以算出电池电动势为2.04V。通常开路电压是2.0V，即通常所说的额定电压。【仪器与试剂】1. 仪器设备小型和膏机、刮刀、晾板架、剪刀、砂纸、烧杯、量筒、玻璃棒、电子称（5kg）、万用表、温度计、电烙铁2. 试剂材料铅粉、正负板添加剂（木素、石墨粉、硫酸钡、乙炔黑、涤纶）、分析纯浓硫酸、高纯水、正负板栅、AGM隔板、橡皮筋、电池壳【实验步骤】一、实验准备1、准备纯水，在和膏的过程当中需要加入一定量的纯水，具体如下表所示：工序名称纯水加入量（2kg的铅粉量）正板和膏220mL负板和膏230mL备注：和膏的过程需要根据膏的情况适当再加入水量调节。2、配置不同浓度的稀硫酸溶液，具体如下表所示：工序名称硫酸浓度配置量（2kg的铅粉量）正板和膏1.40.005g/cm31.3L负板和膏1.40.005g/cm31.3L涂板后的酸浸（正板）1.150.03 g/cm3涂板后的酸浸（负板）1.180.03 g/cm3化成电解液1.060.005g/cm3备注：a、涂板后的酸浸工序，在实际生产工艺中是在涂板压片后，采取酸淋的方式，因为实验条件限制，我们将采取酸浸的方法，在酸浸的过程当中，用手拿住极板的一个极耳，然后将整个极板都浸没，大约十秒的时间后提起，因此实验前需要准备一个能够将整个极板浸没的容器，配置的酸量就是容器量。b、化成电解液的配置在第二次实验的时候配置3、配置好添加剂，其添加剂的配比如下表所示：添加剂正板（2kg的铅粉量）负板（2kg的铅粉量）石墨粉5g短纤维2.4g2g乙炔黑6g腐植酸9g硬脂酸16g木钠3g4、用高纯水将和膏机里面清理干净，确保和膏机里面没有其它金属碎屑和油等5、用高纯水将涂板的台面、刮刀等清洗干净二、实验过程1、和膏（和膏铅粉量在2kg，以正板为例，负板类似）： 准确称量2kg铅粉于干净的容器里，然后倒入一半铅粉至和膏机中，再将实验前准备好的添加剂均匀加入到和膏机当中，最后加入另外一半的铅粉。 盖上和膏机的盖子（自制和膏机盖子，防止铅粉在干搅拌的时候有粉尘出来），启动和膏机，并记录时间，正膏搅拌大约3min，负膏约5min。 干搅拌时间到以后再加纯水，和膏加水过程中，加入配方量的水一定要快，打开和膏机的盖子以后，一次倾入，以此使水与铅粉接触湿润均匀，并记录时间，正膏、负膏加水搅拌时间都是10min，加水以后发现铅粉成散状，没有粘结，此时需要适当加入纯水，加入量不宜太多。 加水搅拌时间到以后再加入实验前已配置好的硫酸，和膏加酸过程中，淋入配方量的硫酸一定要求缓慢、均匀，打开和膏机的盖子以后，慢慢滴入硫酸，切记一次倾入，并记录时间，正膏、负膏加酸搅拌时间都是18min。 在整个和膏过程当中，如果发现膏有沾成块或者沾在和膏机的内壁上面，要勤用刮刀将膏铲下，结成块的话，要尽量打散，这样才能搅拌均匀，这里要注意安全，用刮刀去铲铅膏的时候，一定要关闭和膏机的电源才能进行。 在和膏的过程当中严格控制和膏过程中的铅膏温度，和膏温度控制在60以下，采用水、风冷却降温；出膏温度控制在50以下。出膏的时候在工厂里面实际生产的时候需要检查铅膏的视密度，一般铅膏视密度： 正膏：4.054.15 g/cm3；负膏：4.204.30 g/cm3，发现视密度不符合标准的话，需要加水等调整，最后用手去拿铅膏的时候，有种踩在雪地里面的那种感觉。 和好正板的膏以后，需要将和膏机清理干净，再来和负膏。整个和膏过程当中，具体时间表如下：和膏搅拌过程和膏时间正膏负膏（加配料、铅粉）搅拌3分钟5分钟(加水)搅拌10分钟10分钟(加酸)搅拌18分钟18分钟延时搅拌2分钟2分钟视密度调整搅拌3分钟3分钟降温延时搅拌出膏前视铅膏温度低于50方可出膏和膏要决（六个字）：准、快、慢、勤、严、净。2、涂板与固化 将板栅放置于台面上，检查板栅是否有断筋、弯曲，拿板栅的时候也要注意两点：第一，手里拿的是正板还是负板，不要将正板的膏涂在负板上，负板的膏涂在正板上（正板板栅的厚度比负板的厚度略微厚一点）；第二，一般是用两手拿板栅的两边极耳，轻拿轻放，这样能够防止板栅变形歪曲。 将铅膏放在板栅上面，用刮刀均匀抹涂在板栅的两面，抹涂的时候一定要将板栅的筋条完全覆盖，并且整个极板面不要有孔洞。抹涂以后予以称量，看极板是否符合重量，太轻了容量不能够达到标准，太重了，铅膏不能得到充分利用，造成浪费。因为涂在板上面的膏涉及到电池的容量，所以做电池设计的时候需要事先计算好涂在板栅上面的膏的重量。 重量达到标准以后的极板，置于晾板架上面，简单干燥大约1min以后，将整个极板予以酸浸处理，酸浸时间约为10秒钟的时间，酸浸的时候需要注意，不要将极板扔在硫酸溶液里面，而是用手拿住极板的一个极耳，轻轻将极板浸没在酸溶液当中，然后在提起，再置于晾板架上面，在实际的生产过程当中，涂板机涂完板以后，需要将极板予以压板，这样能够将铅膏和板栅浸没时粘结再一起，在压板的过程当中，直接予以淋酸，学校条件不允许，现在采取酸浸取代淋酸，省掉压板这一到工序。 至于晾板架上的极板，采取自然固化的形式让其固化，固化时间为7天。固化的总体目的是：使铅膏中的微粒聚集成骨架，让板栅表面形成腐蚀层，并将铅膏骨架紧密粘连，但是在实际的生产过程当中，固化是极其关键的一道工序，公司有专门的固化房，在固化过程中的控制也是相当重要，例如固化室内的温度、相对湿度、氧含量（通风情况）、极板在固化室内固化的时间。固化的好与坏直接影响电池的性能。 注意固化好以后极板颜色的变化，正板较白，而负板颜色较深。3、装配 将自然固化好的极板，用剪刀剪成小片，具体剪切如图所示：图中线的位置即为要减的位置，整个一块大的极板，剪成9块小极板，剪的时候不可将极板歪曲，也不可将筋条剪短，如果剪断的话，则造成该小极板损坏。减成小极板以后，再予以修剪，将极板下面的毛刺剪掉，然后用砂纸将极板的边框和极耳擦亮。 将整理好的正板和负板予以组成极群，按照6正7负予以组装，即6块正板7块负板叠极群，正板用隔板包覆，防止短路，最外面的两块板都为负板，叠片的时候要注意检查隔板，若发现隔板上面有毛刺，则该隔板弃掉，将叠好的极群用橡皮筋箍紧，此为一个单体，在实际的生产过程当中，这里需要极群焊接，将每一个单体的正极耳焊接在一起，负极耳焊接在一起。每个单体之间采取跨桥焊接的方式焊接在一起，正