專(zhuān)利名稱(chēng)：蓄電池正極活性材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池極板，特別是正極板活性物質(zhì)層。
背景技術(shù)：
VRLA電池在我國(guó)自90年代初開(kāi)始使用以來(lái)，一直在郵電、電力系統(tǒng)作為備用電源使用，其使用特點(diǎn)是平時(shí)處于浮充狀態(tài)，很少循環(huán)使用，近年來(lái)VRLA電池的應(yīng)用越來(lái)越多地延伸到循環(huán)應(yīng)用領(lǐng)域，如太陽(yáng)能貯能應(yīng)用、牽引用和電動(dòng)車(chē)用等。其特點(diǎn)是蓄電池要不斷地經(jīng)受充放電循環(huán)，這樣VRLA電池就暴露了其循環(huán)壽命短、比能量小和充放電性能欠佳的問(wèn)題，并由此而限制了應(yīng)用范圍。目前電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，是被業(yè)界人士看好的產(chǎn)業(yè)，該產(chǎn)業(yè)能否獲得商業(yè)成功，關(guān)鍵在其動(dòng)力電源，從性能價(jià)格和技術(shù)成熟成度等綜合因素考慮，VRLA電池是目前電動(dòng)車(chē)最為實(shí)用的動(dòng)力電源，但大電流放電性能差，循環(huán)壽命短是深循環(huán)用VRLA電池目前存在的主要問(wèn)題，此電池失效的主要原因有由板柵和正極活性物質(zhì)界面引起的早期容量損失和正極活性物質(zhì)軟化脫落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決傳統(tǒng)鉛酸蓄電池循環(huán)壽命短、比能量小和充放電性能欠佳的問(wèn)題，為此而提供本發(fā)明的一種蓄電池正極材料，用這種活性材料涂覆于板柵制成蓄電池正極板裝配成的鉛酸蓄電池，可以延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命，提高電池的比能量和充放電性能。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明蓄電池正極活性材料采用的技術(shù)方案其特殊之處是以該正極活性材料重量為基準(zhǔn)由以下重量百分?jǐn)?shù)的組分組成硫酸5～10％，水7～11％，短纖維0.02～0.15％，Sb2O30.005～0.15％，PTFE乳液0.001～0.1％，石墨粉0.01～0.2％和余量的鉛粉。
所述的PTFE乳液采用固含量60％(W/W)的水性乳液是合適的。
所述的硫酸其密度為1.25g/cm3是合適的。
所述的石墨粉宜采用各向異性石墨粉。
本發(fā)明所述的蓄電池正極活性材料，為膏狀材料，常稱(chēng)鉛膏。此材料涂覆于板柵制成正極板，配裝于鉛酸蓄電池，對(duì)于電池反應(yīng)，本材料具有很好的活性作用。
本發(fā)明中所述的水采用去離子水或蒸溜水為適宜。
一般稱(chēng)本發(fā)明中的鉛粉、硫酸和水為基本成分，短纖維、Sb2O3、PTFE乳液和石墨粉為添加劑，即添加成分。
本發(fā)明中的短纖維，采用耐酸度較高的纖維絲段，如滌綸纖維絲段，其作用主要是增加本活性材料自身固結(jié)及與板柵結(jié)合的強(qiáng)度。短纖維其長(zhǎng)度無(wú)特定限制，一般長(zhǎng)度在1mm～8mm是合適的。
本發(fā)明的正極活性材料，相關(guān)組分在該材料中具有相應(yīng)作用與效果。
1.改善正極材料孔率國(guó)內(nèi)外研究表明深循環(huán)放電條件下，放電后期正極極化劇增的主要原因之一是H+擴(kuò)散受阻。增大活性物質(zhì)的孔率，改善H+的擴(kuò)散條件，對(duì)提高正極放電性能十分有利。本發(fā)明中添加的石墨粉提高了電解液在微孔中的儲(chǔ)量，從而改善了電池的放電性能，具有較高的放電平臺(tái)。
2.提高正極活性材料的導(dǎo)電性VRLA電池在放電過(guò)程中生成的PbSO4是非導(dǎo)電物質(zhì)，特別是在深放電條件下，生成的大量PbSO4阻止了放電的進(jìn)行，使活性物質(zhì)不能得到充分的利用。本發(fā)明正極材料中加入石墨粉有以下作用第一，能在電池充放循環(huán)中，提高電子傳導(dǎo)的作用，提高活性物質(zhì)的利用率，從而增加了電池的比能量；第二，在正極化成過(guò)程中使正極活性物質(zhì)的生成更均勻，改善正極的導(dǎo)電性能。
3.改善正極材料與板柵界面腐蝕膜的性能正極材料與板柵界面腐蝕膜的性能是制約電池循環(huán)壽命的關(guān)鍵因素之一，板柵和正極活性物質(zhì)界面的非導(dǎo)電層或低導(dǎo)電性層具有高的阻抗，這些層在充放電時(shí)發(fā)熱升溫及板柵附近活性物質(zhì)的膨脹，從而限制了電池的容量。所以改善腐蝕膜的導(dǎo)電性和彈性極為重要。本發(fā)明正極材料中加入Sb2O3，在電池循環(huán)過(guò)程中，Sb離子可進(jìn)入腐蝕膜，提高線(xiàn)性水化聚合物鏈的形成，提高腐蝕層凝膠區(qū)的含量，使腐蝕層更有彈性，更少應(yīng)力，減少裂縫的形成，有利于活性物質(zhì)與板柵之間保持良好接觸，延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命。
4.改善正極材料的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性許多研究表明，在深循環(huán)使用條件下，活性物質(zhì)隨著充放電的進(jìn)行，晶粒會(huì)不斷聚集增大，晶粒的增大導(dǎo)致活性物質(zhì)比表面和孔率的減小，進(jìn)一步活性物質(zhì)晶粒間變得疏松，缺乏足夠的連接，引起正極活性物質(zhì)軟化和膨脹，最終導(dǎo)致電池的失效。本發(fā)明在正極材料中加入聚四氟乙烯(PTFE)乳液，對(duì)鉛膏具有凝聚作用，在固化時(shí)，形成的活性物質(zhì)具有針刺狀的交叉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)提高了正極材料的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還可阻止活性物質(zhì)在充放電過(guò)程中的膨脹和收縮，有效防止了活性物質(zhì)在充放電過(guò)程中的軟化和脫落，從而提高了電池的循環(huán)壽命。
試用表明，利用本發(fā)明的正極材料制成的12V10AH動(dòng)力電池，特別適合大電流快速充電，并且比小電流充電有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命，100％DOD循環(huán)壽命在450次以上，是普通AGM電池循環(huán)壽命的2-3倍，其它性能符合機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10262的要求，作為電動(dòng)自行車(chē)的配套電源，其實(shí)際使用壽命達(dá)2年左右。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本例正極材料包括組分及其含量，以及配制過(guò)程為1.稱(chēng)取各組分原料滌綸纖維70gSb2O3100gPTFE乳液(60％)30g各向異性石墨150g硫酸11000g(所用硫酸濃度為33％)去離子水9000g鉛粉100000g2.將組份Sb2O3、PTFE乳液、各向異性石墨加六分之一去離子水，并不斷攪拌配成懸浮液；3.按去離子水(剩余部分)、滌綸纖維、懸浮液、鉛粉和稀硫酸的加料順序置于容器中，攪拌、混合均勻，即得本發(fā)明的蓄電池用正極活性材料。
實(shí)施例2～8的組分及其含量由如下表1給出，表中數(shù)字為克數(shù)，所有組分總量為100克，PTFE乳液固含量60％(W/W)，硫酸濃度為33％，石墨粉為各向異性石墨粉，鉛粉“余量”指其它組分總和與100的差值。
表1

權(quán)利要求
1.蓄電池正極活性材料，其特征是以其重量為基準(zhǔn)由以下重量百分?jǐn)?shù)的組分組成硫酸5～10％，水7～11％，短纖維0.02～0.15％，Sb2O30.005～0.15％，PTFE乳液0.001～0.1％，石墨粉0.01～0.2％和余量的鉛粉。
2.如權(quán)利要求1所述的蓄電池正極活性材料，其特征是所述的PTFE乳液為固含量60％(W/W)的水性乳液。
3.如權(quán)利要求1所述的蓄電池正極活性材料，其特征是所述的硫酸其密度為1.25g/cm3。
4.如權(quán)利要求1所述的蓄電池正極活性材料，其特征是所述的石墨粉為各向異性石墨粉。
5.如權(quán)利要求2所述的蓄電池正極活性材料，其特征是所述的硫酸其密度為1.25g/cm3。
6.如權(quán)利要求2所述的蓄電池正極活性材料，其特征是所述的石墨粉為各向異性石墨粉。
7.如權(quán)利要求5述的蓄電池正極活性材料，其特征是所述的墨粉為各向異性石墨粉。
8.如權(quán)利要求6所述的蓄電池正極活性材料，其特征是所述重量百分?jǐn)?shù)的組分為硫酸9.14％，水7.50％，短纖維0.06％，PTFE乳液0.08％，石墨粉0.15％。
9.如權(quán)利要求6所述的蓄電池正極活性材料，其特征是所述重量百分?jǐn)?shù)的組分為硫酸9.14％，水7.50％，短纖維0.07％，Sb2O30.10％，石墨粉0.1％。
10.如權(quán)利要求6所述的蓄電池正極活性材料，其特征是所述重量百分?jǐn)?shù)的組分為硫酸9.14％，水7.50％，短纖維0.06％，Sb2O30.12％，PTFE乳液0.02％，石墨粉0.08％。
全文摘要
可以延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命，提高電池的比能量和充放電性能的蓄電池正極活性材料，以其重量為基準(zhǔn)由以下重量百分?jǐn)?shù)的組分組成硫酸5～10％，水7～11％，短纖維0.02～0.15％，Sb
文檔編號(hào)H01M4/14GK1532964SQ0310872
公開(kāi)日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2003年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月25日
發(fā)明者毛賢仙, 唐征, 徐根財(cái) 申請(qǐng)人:浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司