[发明专利]连续混合电池膏的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及向电池板栅(battery grid)施用电化学活性膏，更具体 地，涉及用于连续混合和生产用于铅酸电池系统的电化学活性膏的方法 和设备，所述膏连续施用到离散或连续形式的电池板栅。

背景技术

分别在2005年5月3日和2006年3月7日授予Teck Cominco Metals Ltd.的美国专利No.6,886,439和7,007,579公开了一种使用涂膏电化学 活性膏的连续金属丝网而不使用防渗纸(paper barrier)连续制造正电 极板和负电极板来生产用于铅酸电池的电池极板的方法和设备；所述两 个专利都通过引用并入本文。电池膏通常通过间歇工艺来制造，在间歇 法中，将由干燥粒状氧化铅、水和硫酸组成的成分与其它成分混合在一 起来制备具有期望粘度的膏，以使其充满丝网条(mesh strip)中的腔 并且涂覆和附着到丝网条的相反侧。

电池膏的间歇生产通常需要20分钟或更长时间的混合，自然导致 粘度和成分组成缺少均匀性。由于常规间歇混合技术难以控制膏内化学 反应产生的放热加热，导致产生局部的高膏温。间歇方法通常在约60℃ 的温度下运行，而膏在约49℃下施用。

在制造铅酸电池中，通过各种手段输送的氧化铅经常在进入膏混合 系统之前结块和产生硬皮。这些随机出现的结块可能是易碎的或者也可 能是由于粘结在管道或设备上，或者是由于氧化铝接触因系统泄漏或存 在冷凝而产生的水而处于类似渣块状态的湿反应材料而难以破坏的材 料。结块材料不易从产品流中筛除或分离，这是因为任何清除设备都迅 速被粉末的固有粘性堵塞，从而使维护问题和停机时间增加。常规间歇 混合方法很少粉碎这些结块，并且，即使在粉碎时，碎片也不能小到足 以通过随后的涂膏操作而不引起阻塞和停机。这些颗粒不仅中断了正常 的操作，而且可能大幅增加所产生的废料量。

35年来，一直在尝试连续制备电池膏(优选在需要的基础上)以获 得连续方法的固有益处，但是没有成功。间歇混合问题导致膏内缺少均 匀的水含量，而这对于允许将膏以一致和可再生产的方式施用到电池极 板的期望膏密度、粘度和剪切力是必需的。除非进料速率极低，否则， 不充分的混合作用导致混合器内化学反应延迟和不完全，导致产物膏中 的反应在混合器外部完成。

1971年4月27日授予Ford Motor Company的美国专利No. 3,576,675公开了一种用于连续混合和制备电池膏的方法和设备，其中进 料到混合器外壳中的干燥粒状氧化铅的进料速率受到监控，随后根据氧 化铅重的量将适量的水和硫酸注入到混合器外壳中。混合装置包括成对 的平行转轴，其上安装有被交替的稳流控制盘隔开的混合桨，以在膏穿 过外壳时引导膏成分以缓慢的滚动运动径向穿过混合器外壳。虽然长久 以来需要连续式混合和制备电池膏以使组成和粘度一致，但美国专利 No.3,576,675的技术还未投入商业应用。

通常以氧化铅的约0.03％至0.15％的量将诸如聚合物纤维或改性聚 丙烯腈纤维的纤维添加到电池膏中，来提高极板的机械强度和减少活性 物质(active mass)破裂。一些纤维难以分散，导致极板强度差以及由 纤维结块引起的涂膏机的问题。另外，负作用包括在后续处理期间颗粒 物从极板脱出和变形。当添加更多量的纤维时，这些问题被放大。获得 更好强度所需的长纤维甚至更难以在间歇体系中混合，因此，电池制造 商都避免使用它们。聚丙烯纤维尤其难于在间歇体系中混合到膏中，因 此很少使用。

有机碳粉、活性碳粉或石墨粉、石墨片或石墨球形式的粒状碳可以 与其它成分如基于碳的膨胀剂一起添加来改善所有铅酸电池类型(SLI， 工业电池，等等)中电池负极板的导电性。目前，以氧化铅的0.3wt％ 至1wt％的水平添加碳。在一些情况下，可期望添加更高水平的碳，但 是在常规间歇体系中这实际上是不可能的，因为不能恰当地加入和分散 碳以均匀混合，其原因是氧化铅和碳之间的密度差异大和碳的聚集和结 块，从而产生不可接受的膏。