四鹼式硫酸鉛

四鹼式硫酸鉛，白色單斜結晶。密度6.92g/cm3，熔點977℃，極微溶於熱水，微溶於硫酸。

基本介紹

• 中文名：四鹼式硫酸鉛
• 化學式：4BS;4Pbo·PbSO4
• 密度：6.92g/cm3
• 熔點：977℃

晶粒介紹

晶粒的大小

生成的4BS晶粒的大小受反應溫度的影響，當溫度小於95℃，晶粒長度70-100μm，寬度約為10-16μm；溫度升高，其長度100-150μm，寬度約為10-16μm。由此可知反應溫度變化對4BS晶粒的寬度影響很小，而對晶粒的長度影響明顯，溫度升高晶粒變長。

形貌

四鹼式硫酸鉛SEM圖

含量

X-射線衍射（XRD）是晶體分析的常用方法，可作定性或定量分析，此定晶體結構也要用它。因此4BS晶體一般會採用XRD來檢驗含量的高低。

四鹼式硫酸鉛XRD圖譜

製備及其用途

由氧化鉛和硫酸鉛熔融製得。四鹼式硫酸鉛亦可用氧化鉛和硫酸鉛懸浮水溶液煮沸製得。四鹼式硫酸鉛用作白色顏料，塑膠的熱穩定劑及鉛酸蓄電池添加劑。

　　

4BS添加劑在鉛酸蓄電池中的套用

鉛酸蓄電池正極的固化是電池製造的一個關鍵工藝。在固化過程中活性物質的化學和物理的結構基礎得以建立，極板獲得了機械強度，以使後面的工藝操作可以進行。用傳統方法製備的和膏中有三鹼式硫酸鉛（3BS；3PbSO4·H2O）、沒有反應完的氧化鉛及游離鉛。在固化過程中，3BS在一定溫度濕度條件下可以與PbO進一步反應生成四鹼式硫酸鉛，游離鉛進一步氧化成氧化鉛。

由於此反應的嚴重依賴於溫度和濕度，在一般工業生產條件下，和膏溫度在60℃以下時，鉛膏主要生成3BS；溫度在70℃左右時，鉛膏中4BS大量生成；溫度在80℃以上時，鉛膏中組要生成4BS，但其晶體尺寸約為5～100μm，且粒度分布及其不均勻，造成極板化成困難、一致性較差，電池初期容量低。

因此在和膏加酸之前加入專門製造的1-2%的細顆粒4BS作為4BS晶種，在和膏和隨後的固化過程中可以大大加速4BS形成，即使在稍低溫度時4BS也可以較快形成。另外，細顆粒4BS的加入可以加速鉛膏中游離鉛的氧化。4BS的套用可以節約時間，節省能源和可以加快設備周轉而節省設備的投資。

已有對比試驗研究證實，作為晶核的4BS的加入可以控制形成的4BS的數量和晶粒大小，克服了高含量大晶粒4BS極板化成的問題，電池的放電性能優良。套用4BS晶種的正負極板，由於其活性物質組織構造牢固，電池循環壽命可以增加。

國外已有4BS添加劑產品，如Hammond公司的SureCure(R)、Penox公司的TBLS+(R)、AddiBatt(TM)美國Addenda公司。

國內已有4BS添加劑產品，如固力邦·CuringBon(TM)山東金科力電源科技有限公司。

套用與指導

產品簡介

固力邦·CuringBon(TM)是一種新型蓄電池添加劑，該材料技術處於國際前沿，目前只有少數國外公司掌握，如美國的Hammond公司、Addenda公司和德國的Penox公司。該添加劑突破傳統的四鹼式硫酸鉛（4BS）極板製造技術瓶頸，改善鉛膏晶體結構，使形成的4BS細小均勻，克服極板化成困難、一致性差、初期容量低等難題，能夠縮短固化時間、提高蓄電池循環壽命等綜合性能，實現真正意義上節能、低碳、環保，具有“四兩撥千斤”的顯著功效並帶來電池生產的深刻變革。

固力邦·CuringBon(TM)SEM圖

固力邦·CuringBon(TM)產品

理化指標

序號	項目	指標
1	外觀	淡黃色固體粉末
2	四鹼式硫酸鉛含量	≥98.0 wt%
3	粒子中值尺寸	1.5 μm
4	水分	≤0.3 wt%
5	鐵	≤0.005 wt%

基本原理

在鉛酸蓄電池生產中，為了延長電池循環壽命，通常最有效的措施之一是採用高含量四鹼式硫酸鉛的鉛膏，可用高溫和膏或高溫固化的方法得到。在80℃以上的高濕度環境下，鉛膏中大量生成4BS，其晶體尺寸約5～100μm，如此大的晶體尺寸，和不均勻的粒度分布，會造成極板化成困難、一致性較差，電池初期容量低。

1 作為4BS成長的晶核

固力邦材料是由專門技術加工合成的細顆粒4BS晶體，尺寸1.5μm左右。在極板固化過程中，起晶核作用，降低三鹼式硫酸鉛（3BS；3PbO·PbSO4·H2O）向四鹼式硫酸鉛（4BS；4PbO·PbSO4）轉化的能壘，無需消耗能量在新晶核的形成上，從而可在較低的固化溫度下，較短的時間內，實現4BS的快速生長。

2最佳化極板晶體結構

添加固力邦的鉛膏形成的4BS不但含量高，而尺寸只有10~25μm。這樣，既保證了極板強壯的組織，同時活性物質孔率高。

功能

1 縮短固化時間

（1）促進4BS快速形成

固化開始時，添加固力邦TM的極板4BS的含量已經達到10%，說明在和膏過程中固力邦就能夠促進4BS的形成，且不影響正常的鉛膏工藝配方，不改變鉛膏的視密度。當固化8～10小時，基本完成了4BS的轉化，含量高達40.9%。而未添加者在整個固化期間，形成的主要是3BS，含量85.4%，

（2）加速游離鉛的氧化

固力邦改變了極板晶體結構，這樣的結構孔率高，為氧氣的擴散提供了更加寬敞的通道，從而使游離鉛加速氧化，這種作用也會使板柵腐蝕得更充分，與活性物質結合得更牢固。添加固力邦TM，固化18小時游離鉛含量降到2%，未添加者需要28小時。

2 使化成順利，提高極板一致性

傳統工藝，高溫和膏或高溫固化方法製得的極板，4BS晶體尺寸5～100μm，粒度分布不均勻，表現為極板一致性差、初期容量低，化成困難。

而添加在鉛膏中的固力邦高度分散，為4BS生長提供晶核，大大提高了3BS向4BS轉化的速率，形成的4BS晶體尺寸較小、分布均勻。這樣，就弱化了固化室不同位置熱力狀態不同對固化效果的影響、以及不同批次極板入固化室時間上的差異。克服了大顆粒4BS晶體極板化成困難和初期容量低的缺點，提高了極板一致性和電池組性能的均一性。

3 控制形成4BS的尺寸和含量

通過控制4BS的尺寸和含量，用在不同類型用途電池的設計上，就能做到有的放矢。影響極板形成4BS尺寸和含量的因素有以下幾個：

固化溫度

在一定範圍內，固化溫度高，添加固力邦(TM)的極板形成的4BS尺寸大，含量高。

固化時間

固化溫度50℃時極板SEM圖

固化溫度60℃時極板SEM圖

固化溫度70℃時極板SEM圖

隨著固化時間的延長，極板形成的4BS尺寸越大，含量越高，固化後期則趨於穩定。

固化溫度6h時，4BS尺寸10μm，XRD分析含量27%；而延長固化時間至36h時，4BS尺寸長大到20μm，XRD分析含量提高到40.9%。

固力邦(TM)添加量

在一定範圍內，增加固力邦(TM)添加量，極板形成的4BS尺寸越小，含量越高。

固力邦(TM)粒度

固力邦(TM)粒度的增大，極板形成的4BS尺寸增大，含量變化不大。

其他因素，如和膏峰值溫度和時間、固化濕度等，在一定程度上，也能夠改變4BS的尺寸和含量。

4 提高電池性能

（1）提高初期性能

（2）延長電池壽命

4.5 降低成本，低碳環保

在實際的套用中，固力邦(TM)材料技術的優勢更加突出：

（1）降低用鉛量

鉛膏的孔率增加，初期性能提高3%的部分，可以轉化為電池用鉛量的降低。

（2）循環壽命延長20%以上

強壯的活性物質結構，延長電池壽命。同時，降低了電池使用成本和市場退返率，為企業樹立了良好形象。

（3）縮短固化時間30%以上

縮短了電池生產周期，增強了產品交付能力。

（4）固化室的數量可以減少

節約了設備的投入。

（5）降低水、電、汽等的消耗

節約能源，符合國家低碳環保的政策方向。

（6）降低人工成本

（7）材料成本略有增加

但性能大幅提高。

五、套用指導

5.1固力邦的添加量：

建議按鉛粉重量的1～2%添加。

5.2 固力邦的使用方法：

和膏：將固力邦(TM)和所需其他添加劑與鉛粉混合，在加酸之前加入和膏機內，攪拌均勻，和膏峰值溫度控制在55℃以上。在和膏、塗板過程中要保持鉛膏的水分，從和膏、塗板到進入固化程式的時間越短越好。

固化：第一階段：溫度60～65℃，濕度RH 90～95%，時間12～24小時*。

第二階段：溫度60～65℃，相對濕度逐步降到50%，時間2～3小時。

乾燥：現有的乾燥程式。

*註：提高溫度可進一步縮短固化時間。