專利名稱：鉛酸蓄電池正極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉛酸蓄電池正極板。
背景技術(shù)：
在石油等能源資源日漸緊張，大氣環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的今天，電動自行車這種輕 便快捷、無污染、使用成本低的交通工具，已越來越普及。蓄電池是電動車最為關(guān)鍵的部件， 是電動車的能源，當(dāng)前廣泛使用的是鉛酸蓄電池，占市場份的95%以上。鉛酸電池因資源豐
富、價格低廉且安全性能好等特點而受到廣大消費者的認(rèn)可。 但是，鉛酸電池作為電動車的動力電源，與鎳_金屬氫化物電池及鋰電池等電池 體系相比，存在體積比能量低；重量比能量低；使用壽命短等缺點。 根據(jù)對失效的電動車用鉛酸蓄電池的解剖情況來看，有相當(dāng)一部分電池失效的原 因是電池正極活性物質(zhì)軟化，正極鉛粉脫落到電解液中，電池形成內(nèi)部短路，使電池失去容 量，造成電池失效。 電動自行車電池的使用條件是重負(fù)荷、深循環(huán)，在這種條件下，電池正極板柵的腐 蝕較其他部分嚴(yán)重，正極板柵在遭受腐蝕時會發(fā)生變形，板柵的尺寸線性增大。因腐蝕的最 終產(chǎn)物Pb02的分子體積大約為鉛體積的1. 4倍，再加上腐蝕產(chǎn)物Pb02薄膜具有一定的孔 隙，這樣腐蝕產(chǎn)物的體積比鉛合金體積大得多，使板柵金屬處于應(yīng)力狀態(tài)下，板柵逐漸發(fā)生 蠕變而線性長大，是造成電池正極活性物質(zhì)容易軟化脫落的一個重要因素。
正極板在制造時，鉛膏填滿在板柵的小格中，經(jīng)過壓制、固化、化成后，正極活性物 質(zhì)比較牢固地固定在板柵小格中，這時Pb02顆粒之間以及Pb02與板柵之間，都有著良好的 接觸和結(jié)合力。但是正極板柵在循環(huán)過程中受到腐蝕而尺寸長大，使板柵的每個小格子的 容積增加，給正極活性物質(zhì)的膨脹創(chuàng)造了條件。 電池放電時，正極活性物質(zhì)Pb02轉(zhuǎn)化為PbS04，由于PbS04的比容比Pb02大所以 整個正極板物質(zhì)體積要增加，如果容納活性物質(zhì)的板柵小格子容積不變，則PbS04的形成 只能使極板的孔隙率降低，表觀體積不會變化。但是在板柵變形長大時，整個正極的體積 也會增長，正極膨脹，在電池充電時PbS04又轉(zhuǎn)化為Pb02，這樣孔隙率隨著循環(huán)次數(shù)的增加 而增加，正極發(fā)生了嚴(yán)重膨脹，孔隙率過分增加，正極活性物質(zhì)與板柵之間的結(jié)合力以及活 性物質(zhì)顆粒之間的結(jié)合力降低，電接觸被破壞。并且深循環(huán)使用的電池，充電時間長，正極 活性物質(zhì)受到充電時存在的析氧沖擊嚴(yán)重，活性物質(zhì)密度下降，最后軟化脫落，導(dǎo)致電池失 效。所以，提高正極板柵的抗長大和抗蠕變能力是提高電池壽命的一種有效方法。
碳纖維除具有一般碳材料的各種優(yōu)良性能外，還具有相當(dāng)高的比強(qiáng)度和比模量， 力學(xué)性能優(yōu)異，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃，并兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可 加工性，是新一代增強(qiáng)材料。根據(jù)不同用途碳纖維有多種類型，例如其中含碳量高于99%的 稱石墨纖維，具有較好的導(dǎo)電性能。而炭纖維則具有較高的比強(qiáng)度和比模量，其與相應(yīng)的基 體(粘結(jié)劑)材料混合，可用于橋梁、房屋等的加固，或者與相應(yīng)基體(粘結(jié)劑)材料和石 墨纖維混合可制成高強(qiáng)度導(dǎo)電材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好、板柵抗蠕變性能優(yōu)異的鉛酸 蓄電池正極板，能夠大大提高鉛酸蓄電池的使用壽命。 本發(fā)明的技術(shù)方案是一種鉛酸蓄電池正極板，包括正極板柵，其特征在于所述正 極板柵表面涂復(fù)有由碳纖維與相應(yīng)基體的混合物制成的碳纖維復(fù)合基層，而在該碳纖維復(fù) 合基層上再涂復(fù)有由鉛膏制成的正極活性物質(zhì)。 本發(fā)明中，所述碳纖維復(fù)合基層進(jìn)一步是由組分為炭纖維、石墨纖維、各項異性 石墨、羧甲基纖維素、聚四氟乙烯的混合物制成膏漿涂復(fù)于正極板柵表面后再經(jīng)烘干、固化 制成。 本發(fā)明中，所述碳纖維復(fù)合基層進(jìn)一步是由組分重量百分比為炭纖維10 40%、石墨纖維10 40%、各項異性石墨10 40%、羧甲基纖維素5 20%、聚四氟乙烯 10 30%的混合物制成膏漿涂復(fù)于正極板柵表面后再經(jīng)烘干、固化制成。
本發(fā)明中，對于上述混合物的組分重量百分比進(jìn)一步限定如下炭纖維25 35%、石墨纖維15 20%、各項異性石墨15 20%、羧甲基纖維素5 10%、聚四氟乙烯 10 15%。 本發(fā)明中，對于上述混合物的組分重量百分比優(yōu)選的方案如下炭纖維35%、石 墨纖維20%、各項異性石墨20%、羧甲基纖維素10%、聚四氟乙烯15%。
本發(fā)明中，上述混合物的總重量進(jìn)一步占正極板鉛膏配方中鉛重量的0. 0009 0. 005%。 本發(fā)明中，上述混合物涂復(fù)于正極板柵表面后進(jìn)行烘干的溫度優(yōu)選20 5(TC，而 烘干的時間則為0. 5 2小時。 本發(fā)明中所述正極板鉛膏配方為公知技術(shù)，本發(fā)明對其組分及配比均參照現(xiàn)有技 術(shù)，而不作任何限定。 本發(fā)明中所述由鉛膏制成的正極活性物質(zhì)同現(xiàn)有技術(shù)一樣填充并充滿正極板柵 的柵格。 本發(fā)明的所述碳纖維復(fù)合基層中選取的兩種碳纖維分別具有不同的功能其中所 述炭纖維使得基層具備高比模量和高強(qiáng)度，而所述石墨纖維則使基層具備導(dǎo)電性能。
本發(fā)明的所述碳纖維復(fù)合基層中，作為碳纖維基體的羧甲基纖維素、聚四氟乙烯 均為現(xiàn)有技術(shù)中常見的粘結(jié)劑。
本發(fā)明的優(yōu)點是 1.本發(fā)明所述的這種鉛酸蓄電池正極板，由于在正極板柵表面涂復(fù)了具備高強(qiáng)度 和高強(qiáng)承載能力的碳纖維復(fù)合基層，從而大大增強(qiáng)了正極板柵的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性。
2.本發(fā)明所述的這種鉛酸蓄電池正極板，由于碳纖維復(fù)合基層中的各組分均不參 與電池的電化學(xué)反應(yīng)，故在電池的整個充放電循環(huán)過程中，碳纖維復(fù)合基層的性質(zhì)不會發(fā) 生變化，從而使得其對于正極板的增強(qiáng)作用也不會減弱。因而隨著電池充放電的進(jìn)行，本發(fā) 明依舊能夠保證正極板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不變。 3、本發(fā)明所述的這種鉛酸蓄電池正極板，由于碳纖維復(fù)合基層在電池充放的過程 中能夠確保正極板柵的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不變，故大大提高了正極板柵的抗蠕變能力，延緩了正極板柵長大的進(jìn)程，使正極板表面的正極活性物質(zhì)與正極板柵小格之間的結(jié)合力不會受到破壞，防止了正極板表面的正極活性物質(zhì)脫落而導(dǎo)致電池失效，從而大大提高了電池的使用壽命。 4、本發(fā)明所述的這種鉛酸蓄電池正極板，由于涂復(fù)的碳纖維復(fù)合基層大大增強(qiáng)了正極板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，故減少了正極板表面的正極活性物質(zhì)在充放電過程中發(fā)生膨脹的機(jī)會，提高了正極活性物質(zhì)之間的結(jié)合力，使正極活性物質(zhì)不易形成軟化；因此大大減緩了正極板表面的正極活性物質(zhì)會隨著電池充放電循環(huán)的進(jìn)行而軟化脫落的進(jìn)程，進(jìn)一步提高了電池的使用壽命。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1、正極板柵；2、碳纖維復(fù)合基層；3、正極活性物質(zhì)。
具體實施例方式
實施例結(jié)合圖1所示，本實施例所提供的這種鉛酸蓄電池正極板，包括正極板柵l，該正極板柵1表面涂復(fù)有由碳纖維與相應(yīng)基體的混合物制成的碳纖維復(fù)合基層2，而在該碳纖維復(fù)合基層2上再涂復(fù)有由鉛膏制成的正極活性物質(zhì)3，且所述正極活性物質(zhì)3同現(xiàn)有技術(shù)一樣填充并充滿正極板柵1的柵格。本實施例中所述碳纖維復(fù)合基層2是將組分重量百分比為炭纖維35%、石墨纖維20%、各項異性石墨20%、羧甲基纖維素12%、聚四氟乙烯15%的混合物制成膏漿涂復(fù)于正極板柵1表面后再經(jīng)烘干、固化制成。且本實施例中上述混合物的總重量占正極板鉛膏配方中鉛重量的0. 002%。 本實施例中采用的炭纖維和石墨纖維均為強(qiáng)度2000MPa、模量250GPa的商業(yè)化炭
纖維和石墨纖維。 本實施例中對于烘干的溫度優(yōu)選35°C ，而烘干的時間則為1小時。
本發(fā)明所述的這種鉛酸蓄電池正極板其優(yōu)點如下 由于在正極板柵表面涂復(fù)了具備高強(qiáng)度和高強(qiáng)承載能力的碳纖維復(fù)合基層，從而大大增強(qiáng)了正極板柵的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性。 由于碳纖維復(fù)合基層中的各組分均不參與電池的電化學(xué)反應(yīng)，故在電池的整個充放電循環(huán)過程中，碳纖維復(fù)合基層的性質(zhì)不會發(fā)生變化，從而使得其對于正極板的增強(qiáng)作用也不會減弱。因而隨著電池充放電的進(jìn)行，本發(fā)明依舊能夠保證正極板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不變。
由于碳纖維復(fù)合基層在電池充放的過程中能夠確保正極板柵的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不變，故大大提高了正極板柵的抗蠕變能力，延緩了正極板柵長大的進(jìn)程，使正極板表面的正極活性物質(zhì)與正極板柵小格之間的結(jié)合力不會受到破壞，防止了正極板表面的正極活性物質(zhì)脫落而導(dǎo)致電池失效，從而大大提高了電池的使用壽命。 由于涂復(fù)的碳纖維復(fù)合基層大大增強(qiáng)了正極板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，故減少了正極板表面的正極活性物質(zhì)在充放電過程中發(fā)生膨脹的機(jī)會，提高了正極活性物質(zhì)之間的結(jié)合力，使正極活性物質(zhì)不易形成軟化；因此大大減緩了正極板表面的正極活性物質(zhì)會隨著電池充放電循環(huán)的進(jìn)行而軟化脫落的進(jìn)程，進(jìn)一步提高了電池的使用壽命。
權(quán)利要求
一種鉛酸蓄電池正極板，包括正極板柵(1)，其特征在于所述正極板柵(1)表面涂復(fù)有由碳纖維與相應(yīng)基體的混合物制成的碳纖維復(fù)合基層(2)，而在該碳纖維復(fù)合基層(2)上再涂復(fù)有由鉛膏制成的正極活性物質(zhì)(3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鉛酸蓄電池正極板，其特征在于所述碳纖維復(fù)合基層(2)是 由組分為炭纖維、石墨纖維、各項異性石墨、羧甲基纖維素、聚四氟乙烯的混合物制成膏漿 涂復(fù)于正極板柵(1)表面后再經(jīng)烘干、固化制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉛酸蓄電池正極板，其特征在于所述碳纖維復(fù)合基層(2)是 由組分重量百分比為炭纖維10 40%、石墨纖維10 40%、各項異性石墨10 40%、 羧甲基纖維素5 20%、聚四氟乙烯10 30%的混合物制成膏漿涂復(fù)于正極板柵(1)表 面后再經(jīng)烘干、固化制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉛酸蓄電池正極板，其特征在于所述混合物組分重量百分比 進(jìn)一步為炭纖維25 35%、石墨纖維15 20%、各項異性石墨15 20%、羧甲基纖維素 5 10%、聚四氟乙烯10 15%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉛酸蓄電池正極板，其特征在于所述混合物組分重量百分 比優(yōu)選炭纖維35%、石墨纖維20%、各項異性石墨20%、羧甲基纖維素10%、聚四氟乙烯 15%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或5所述的鉛酸蓄電池正極板，其特征在于所述混合物的 總重量占正極板鉛膏配方中鉛重量的0. 0009 0. 005%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或5所述的鉛酸蓄電池正極板，其特征在于所述烘干的溫 度優(yōu)選20 5(TC，而烘干的時間則為0. 5 2小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉛酸蓄電池正極板，包括正極板柵，其特征在于所述正極板柵表面涂覆有由碳纖維與相應(yīng)基體的混合物制成的碳纖維復(fù)合基層，而在該碳纖維復(fù)合基層上再涂覆有由鉛膏制成的正極活性物質(zhì)。本發(fā)明由于在正極板柵上涂覆了具備高強(qiáng)度和高強(qiáng)承載能力的碳纖維復(fù)合基層，故增強(qiáng)了正極板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性以及正極板柵的抗蠕變性能，從而大大延長了鉛酸蓄電池的使用壽命。
文檔編號H01M4/14GK101707250SQ200910221248
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者孟波, 張娟, 柳穎, 鄭軍偉, 高建峰 申請人:蘇州大學(xué)