專利名稱：一種鉛炭電池負(fù)極極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鉛酸蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉛炭電池負(fù)極極板。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，資源和能源日漸短缺，生態(tài)環(huán)境日益惡化，能源問(wèn)題和環(huán)境危機(jī)成為人類社會(huì)所面臨的兩大挑戰(zhàn)，人類更加依賴于太陽(yáng)能、風(fēng)能和氫能等清潔可再生能源。作為儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)車電源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中所使用的鉛酸蓄電池，由于其可靠性好、性價(jià)比高、可回收利用等優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用。
鉛酸蓄電池高倍率部分荷電態(tài)(HRPSoC)放電情況下，由于硫酸根離子的擴(kuò)散限制，負(fù)極表面形成一層致密的硫酸鉛，硫酸鉛導(dǎo)電性差，溶解度小，使得電子轉(zhuǎn)移的有效面積減小，抑制了硫酸氫根離子向極板內(nèi)部的擴(kuò)散；充電過(guò)程中，負(fù)極過(guò)電位提高，析氫嚴(yán)重，硫酸鉛不能完全轉(zhuǎn)化。循環(huán)過(guò)程中，硫酸鉛顆粒不斷在極板表面累積，最終失效。近年來(lái)有關(guān)超級(jí)電池的概念的提出，高比表面以及導(dǎo)電性良好的炭材料添加到鉛酸蓄電池負(fù)極，將超級(jí)電容器的性能與鉛酸蓄電池性能結(jié)合起來(lái)，對(duì)于提高活性物質(zhì)利用率以及緩解負(fù)極硫酸鹽化起到一定的積極作用。中國(guó)專利200910183503. 6和200910212792. 8公開了一種鉛炭超級(jí)電池負(fù)極的制作方法，將鉛粉和活性炭分別涂覆于基體的不同區(qū)域制成電極，提高了其比能量，獲得了較高的深循環(huán)使用壽命，但制作成本較高；
中國(guó)專利201010608794. I公開了一種鉛炭復(fù)合材料,通過(guò)電沉積的方法將鉛沉積到活性炭顆粒內(nèi)部以及顆粒之間，實(shí)現(xiàn)了鉛與活性炭顆粒之間的均勻混合，獲得了較高的比電容，但制作工藝復(fù)雜，難以工業(yè)化生產(chǎn)；
200910098917. 9公開了一種鉛炭電池極板，將活性炭加入到鉛酸蓄電池負(fù)極板中，獲得了較高的比功率、良好的低溫放電性能和較高的深循環(huán)壽命，中國(guó)專利201010609372. 6公開了一種鉛炭電池負(fù)極鉛膏，將電沉積制得的鉛炭復(fù)合材料通過(guò)干混及濕混方法和膏，增強(qiáng)了鉛粉與炭材料之間的結(jié)合力，但是不同活性炭種類物理特性各異，不同物性的活性炭與鉛膏混合后對(duì)活性物質(zhì)利用率改善程度不同，因此電池性能差異較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鉛炭電池負(fù)極極板，其應(yīng)用于蓄電池時(shí)，負(fù)極硫酸鹽化程度顯著降低，延長(zhǎng)蓄電池高倍率部分荷電態(tài)下的循環(huán)使用壽命且便于制作，可靠性高。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種鉛炭電池負(fù)極板，它在鉛粉為主的活性物質(zhì)中還添加占鉛膏總重量O. riOwt. %的活性炭，活性物質(zhì)加水和I. (Tl. 4g/cm3的硫酸混合均勻而成鉛膏，將該鉛膏涂覆于鉛鈣合金基體，干燥后制備而成所述鉛炭電池負(fù)極極板。進(jìn)一步的，鉛膏中各組分的含量為鉛粉65 85wt. %、活性炭O. l 10wt. %、炭黑
O.I I. Owt. %、硫酸鋇O. I I. Owt. %、木素磺酸鈉O. I O. 5wt. %、腐植酸O. I I. Owt. %、短纖維0.I O. 5wt. %、水 10 15wt. %、I. O I. 4g/cm3 的硫酸 4 8wt. %。進(jìn)一步的，所述的活性炭比表面為100(T3000m2/g ；
進(jìn)一步的，所述的活性炭微孔與介孔的比在5:95^70:30之間；
進(jìn)一步的，所述的活性炭孔容為O. 5^2. Ocm3/g ；
進(jìn)一步的，所述的活性炭粒徑(D50)為O. 5^200 μ m ；
進(jìn)一步的，所述的活性炭電導(dǎo)率為O. 06、. 5S/cm ；
進(jìn)一步的，所述的活性物質(zhì)采用干混混合均勻然后加水加酸制備而成； 進(jìn)一步的，所述的鉛I丐合金基體中 丐組分為O. 06wt% ；
進(jìn)一步的，所述的烘干在65°C濕度為80%環(huán)境下進(jìn)行24h。所述的短纖維一般可采用滌綸和晴綸之中的至少一種，纖維長(zhǎng)度一般在f 40mm。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)在鉛酸蓄電池負(fù)極中加入活性炭，導(dǎo)電性良好的活性炭提高了活性物質(zhì)的利用率，有利于充電接受能力的提高，顆粒大小合適的活性炭增大了鉛膏的孔隙率，較高的比表面起到雙電層電容的作用，在大電流充放電過(guò)程中提供緩沖，大大地緩解負(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象，延長(zhǎng)電池的使用壽命。具備這種負(fù)極板的鉛炭蓄電池在電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能、風(fēng)能儲(chǔ)能領(lǐng)域具有較為廣闊的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例I
稱取O. 037Kg比表面為1801m2/g、微孔與介孔比為60:40、孔容為O. 924cm3/g、粒徑(D50)為4. O μ m，導(dǎo)電率為O. 08S · cm的活性炭，然后稱取30Kg鉛粉，O. 06Kg炭黑，O. 18Kg硫酸鋇，O. 045Kg木素磺酸鈉，O. 09Kg腐植酸，O. 02Kg短纖維進(jìn)行干混混合均勻，加入4. 2Kg水進(jìn)行濕混，然后加入2. 4Kg密度為I. 4g/cm3的硫酸，最后將所制得的鉛膏涂覆于鉛鈣合金基體上在65°C濕度為80%環(huán)境下固化干燥24h。將所得極板進(jìn)行外化成，然后用U型隔板包覆后和兩片外化成過(guò)的PbO2為正極，
1.3g/cm3的硫酸為電解液組裝成鉛炭電池。在O. IC倍率下放電至50%荷電態(tài)，然后以2C倍率下放電60s，靜置10s，2C倍率下限壓2. 4V充電90s的方式循環(huán)，循環(huán)次數(shù)可達(dá)7568次。實(shí)施例2
稱取O. 9Kg比表面為1462m2/g、微孔與介孔比為10:90、孔容為O. 776cm3/g、粒徑(D50)為10. O μ m，導(dǎo)電率為O. 29S · cm的活性炭，其余配方按按實(shí)施例I方法制備成鉛炭負(fù)極極板。將所得極板進(jìn)行外化成，然后用U型隔板包覆后和兩片外化成過(guò)的PbO2為正極，I. 3g/cm3的硫酸為電解液組裝成鉛炭電池。在O. IC倍率下放電至50%荷電態(tài)，然后以2C倍率下放電60s，靜置10s，2C倍率下限壓2. 4V充電90s的方式循環(huán)，循環(huán)次數(shù)可達(dá)11297次。實(shí)施例3
稱取O. 6Kg比表面為28261112/^、微孔與介孔比為20:80、孔容為I. 662cm3/g、粒徑(D50)為16. 3 μ m，導(dǎo)電率為O. 34 S *cm的活性炭，其余配方按按實(shí)施例I方法制備成鉛炭負(fù)極極板。將所得極板進(jìn)行外化成,然后用U型隔板包覆后和兩片外化成過(guò)的Pb02為正極，I. 3g/cm3的硫酸為電解液組裝成鉛炭電池。在O. IC倍率下放電至50%荷電態(tài)，然后以2C倍率下放電60s，靜置10s，2C倍率下限壓2. 4V充電90s的方式循環(huán)， 循環(huán)次數(shù)可達(dá)18442次。實(shí)施例4
稱取4Kg比表面為1532m2/g、微孔與介孔比為40:60、孔容為I. 065cm3/g、粒徑(D50)為32 μ m，導(dǎo)電率為O. 19 S · cm的活性炭，其余配方按按實(shí)施例I方法制備成鉛炭負(fù)極極板。將所得極板進(jìn)行外化成，然后用U型隔板包覆后和兩片外化成過(guò)的Pb02為正極，
I.3g/cm3的硫酸為電解液組裝成鉛炭電池。在O. IC倍率下放電至50%荷電態(tài)，然后以2C倍率下放電60s，靜置10s，2C倍率下限壓2. 4V充電90s的方式循環(huán)，循環(huán)次數(shù)可達(dá)3255次。實(shí)施例5
稱取30Kg鉛粉，O. 06Kg炭黑，O. 18Kg硫酸鋇，O. 045Kg木素磺酸鈉，O. 09Kg腐植酸，
0.02Kg短纖維進(jìn)行干混混合均勻，加入4. 2Kg水進(jìn)行濕混，然后加入2. 4Kg密度為I. 4g/cm3的硫酸，最后將所制得的鉛膏涂覆于鉛鈣合金基體上在65°C濕度為80%環(huán)境下固化干燥 24h。將所得極板進(jìn)行外化成，然后用U型隔板包覆后和兩片外化成過(guò)的Pb02為正極，
1.3g/cm3的硫酸為電解液組裝成鉛炭電池。在O. IC倍率下放電至50%荷電態(tài)，然后以2C倍率下放電60s，靜置10s，2C倍率下限壓2. 4V充電90s的方式循環(huán)，循環(huán)次數(shù)可達(dá)6976次。應(yīng)用本發(fā)明的負(fù)極鉛膏活性物質(zhì)組裝成的閥控式密封鉛酸蓄電池進(jìn)行性能測(cè)試，與不添加該活性炭材料所裝配的電池相比，本發(fā)明的50%荷電態(tài)下2C充放電次數(shù)可達(dá)18442次，循環(huán)壽命提高兩倍以上。結(jié)果表明，采用本發(fā)明的負(fù)極鉛膏活性物質(zhì)制備的閥控式密封鉛酸蓄電池完全可以應(yīng)用于動(dòng)力電池及高倍率循環(huán)等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種鉛炭電池負(fù)極極板，其特征在于它在鉛粉為主的活性物質(zhì)中還添加占鉛膏總重量O. riOwt. %的活性炭，活性物質(zhì)加水和I. (Tl. 4g/cm3的硫酸混合均勻而成鉛膏，將該鉛膏涂覆于鉛鈣合金基體，干燥后制備而成所述鉛炭電池負(fù)極極板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉛炭電池負(fù)極極板，其特征在于鉛膏中各組分的含量為 鉛粉65 85wt. %、活性炭O. I IOwt. %、炭黑O. I I. Owt. %、硫酸鋇O. I I. Owt. %、木素磺酸鈉O.Γο. 5wt. %、腐植酸 O. Γ1. Owt. %、短纖維 O. Γο. 5wt. %、水 10 15wt. %、I. (Tl. 4g/cm3 的硫酸 4 8wt. %。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉛炭電池負(fù)極極板，其特征在于所述的活性炭比表面為1000 3000m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉛炭電池負(fù)極極板，其特征在于所述的活性炭微孔與介孔的比在5:95 70:30之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉛炭電池負(fù)極極板，其特征在于所述的活性炭孔容為O.5 2. 0cm3/g。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉛炭電池負(fù)極極板，其特征在于所述的活性炭粒徑(D50)為O.5 200 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉛炭電池負(fù)極板，其特征在于所述的活性炭的電導(dǎo)率為O.06 O. 5S/cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鉛炭電池負(fù)極極板，其特征在于所述的活性物質(zhì)采用干混混合均勻然后加水加酸制備而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉛炭電池負(fù)極極板，其特征在于所述的鉛鈣合金基體中鈣組分為 O. 06wt%o
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉛炭電池負(fù)極極板，其特征在于所述的固化干燥在65°C濕度為80%環(huán)境下進(jìn)行24h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉛炭電池負(fù)極板及其制備方法，所述的鉛炭電池負(fù)極板由鉛粉、活性炭、炭黑、硫酸鋇、木素磺酸鈉、腐植酸、短纖維和硫酸組成，由本發(fā)明的極板制成的電池可以有效提升其充電接受能力，有效緩解在高倍率部分荷電態(tài)(HRPSoC)下負(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象，在50%荷電態(tài)下2C充放電倍率循環(huán)(3%DOD)次數(shù)可達(dá)18442次，與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比，循環(huán)壽命可以提高兩倍以上。
文檔編號(hào)H01M4/62GK102856533SQ20121037106
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者孔德帥, 丁平, 吳賢章, 陳建, 相佳媛 申請(qǐng)人:浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司, 杭州南都電池有限公司, 杭州南都能源科技有限公司