[发明专利]以废铅蓄电池中的含铅化合物为原料制备铅蓄电池电极板的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铅蓄电池电极板的制备方法，属于材料制备技术领域，尤其是电极材料技术领域以及铅蓄电池电极板的制备技术领域；也属于三废处理及资源化利用技术领域，尤其是废铅蓄电池综合利用技术领域。

背景技术

铅蓄电池具有结构简单、使用方便、性能可靠、价格较低等优点，是化学电源中产量大、应用范围广的产品。随着新材料和新技术的应用，铅蓄电池的各项性能有了大幅度提高，应用领域更加广泛，作为电动助力车、特种电动车、新型汽车电源，铅蓄电池近阶段仍是主流电源。

铅蓄电池的工作原理是利用电化学原理实现物质和能量的转化，电极与电解质的界面反应特性是影响蓄电池性能的核心和本质所在。因此，对于铅蓄电池，其功能电极的研发、性能优良的电解质的使用以及电极与电解质的匹配优化是新型铅蓄电池研发中极其重要的问题。

构成单体铅蓄电池的基本部件和材料包括：正极板、负极板、硫酸溶液、隔板、蓄电池槽等。

铅蓄电池正、负极板是构成单体铅蓄电池的重要部件。极板是由板栅和活性物质组成，极板/电解液界面的特性，特别是板栅/电解液界面和活性物质/电解液界面特性是影响电池性能的重要因素。活性物质的微观结构和形貌也是影响电池活性物质利用率、电极导电性和使用寿命的重要因素。

铅蓄电池板栅主要作用有：

(1)集电流骨架:板栅是电极的集电骨架，传导、汇集电流并使电流分布均匀，提高极板活性物质的利用率；

(2)活性物质的支撑载体:板栅通过边框和筋条对极板上的活性物质起支撑作用。

活性物质主要有两种功能：

(1)参加电化学反应，放电期间正极上导电性的PbO₂及负极上导电性Pb转化为非导电性PbSO₄；

(2)活性物质为多孔物质，实现反应点到板栅提供导电通路。

因此，正极板的活性物质应具有高的析氧电位高，耐蚀性好，导电性好，可通过大电流。负极板的活性物质应具有较高的析氢电位，导电性好，可通过大电流。目前，铅蓄电池正极活性物质是PbO₂，负极活性物质是Pb。

废铅蓄电池的结构和组成与铅蓄电池基本相同。作为构成铅蓄电池的主要构成材料—铅，是常用的金属之一，其产量在铁、铜、铝、锌金属后，位居第5位。目前，约70％左右生产的金属铅用于制备铅蓄电池，而铅膏实际上是铅蓄电池中的涂膏经化成和使用后形成的PbSO₄、PbO、PbO₂等成分的混合物，其组成和含量因废铅蓄电池的循环次数和寿命长短而定。

因此，从废铅蓄电池中回收利用铅是极其重要的铅来源。充分合理地利用废铅蓄电池的铅资源，不仅可以缓解现今铅资源日益锐减的局势，同时可降低制备成本，减少环境污染。所以，实现废铅蓄电池的铅的回收利用，不但具有可持续发展的战略意义，而且具有重要的经济和社会价值。

废铅蓄电池经过分选和预处理后得到的铅膏是重要的含铅化合物，铅膏中主要成分大致为：45％-65％PbSO₄，10％-30％PbO，10％-20％PbO₂和2％-3％金属铅的混合物，其中铅膏中PbSO₄含量一般在50％以上。

目前，从废铅蓄电池回收铅的工艺和技术主要有：火法、湿法、火法-湿法耦合处理方法等。废铅蓄电池回收处理技术主要是回收得到金属铅，金属铅作为原料再次用于生产铅蓄电池制备极板的活性物质，必须经过多道工序的复杂生产工艺流程。如果由废铅蓄电池的铅膏直接制备应用于电池生产的电极材料，可大幅度减少操作单元，降低能耗，减少副产物，提高原子经济性。显然最理想的生产模式是“制造-回收-生产”的封闭循环。铅蓄电池的生产过程中，对铅的需求主要集中在板栅和铅膏的制备过程中。板栅的材料是铅锑合金或铅锡钙合金，通过对废铅蓄电池板栅的重熔和调整成分后，可以很好地进入板栅的循环制造中。铅膏一般是用一氧化铅制得，而一氧化铅则通过纯铅块在球磨机中研磨，同时表面被氧化，或者把纯铅块在巴顿锅中熔化，然后在空气中氧化制的。一氧化铅与硫酸作用后得到硫酸铅。

因此，将废铅蓄电池的回收利用与铅蓄电池电极制备耦合，可实现铅资源的循环利用，解决废铅蓄电池回收利用过程存在的问题，同时采用稀土元素修饰技术制备性能优异的极板可以进一步改善铅蓄电池的性能。

发明内容