一種鉛-鋰雜交二次電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種二次電池。尤其是一種鉛-鋰電池。
【背景技術】
[0002] 鉛酸蓄電池工藝成熟、高可靠性能、成本較低、原料豐富并95%可回收利用，是化 學電源中不可取代的一種非常成功的產(chǎn)品。但是由于它要用H2S04(作為電解液）與鉛（作 為電極材料），所以污染環(huán)境，同時能量密度低，過于笨重。
[0003] 鋰離子電池由于其容量大，壽命長，自放電少且綠色環(huán)保而受到青睞；但因其不可 過充電、溫度范圍窄，成本高，生產(chǎn)較復雜，特別是電液是易燃的有機溶劑，發(fā)生碰撞、沖擊， 電液泄漏會引起爆炸和燃燒，安全性差。
[0004] 所以現(xiàn)有二次電池仍需不斷的改進和提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述弊端，本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種環(huán)保、安全、高能的 新型二次電池。為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是，一種鉛-鋰雜交二次電 池，該電池的外殼內(nèi)裝置電解液、正極、負極及其隔板，其特征在于，正極采用LiMn204(尖晶 石型錳酸鋰）正極，負極采用pb/pbs〇4負極，電解液采用鋰離子系列水系電解液，其工作原 理是：
[0009] 上述技術方案中，采用的鋰離子水系電解液與鉛蓄電池H2S04電解液性能相近或 相似。優(yōu)選地，所述電解液采用濃度為〇. 2~0. 5mol/L的Li2S04水溶液（即每升水溶液中 含1^2304的重量為26克~54.969克）。負極用鉛毛制造，內(nèi)含？&30 4粉體。隔板可采用聚 乙烯材料。外殼可采用ABS塑料。
[0010] 該電池是以鉛酸蓄電池負極一一pb/pbs〇4和鋰離子電池正極一一尖晶石材料混 成的無酸型可充式電池。
[0011] 優(yōu)選地，所述極板的制造方法是：
[0012] 1)正極板制造：
[0013] 配方1:按重量比：87%LiMn204、10%乙炔黑，采用3%PVDF(聚偏氟乙烯）作為粘 結劑，用N-甲基吡咯烷酮調(diào)和成漿糊。
[0014] 配方2 :按重量比：75%LiMn204、15%乙炔黑，采用1%CMC(羧甲基纖維素鈉）和 9%PTFE(聚四氟乙烯）作為粘結劑，用乙醇調(diào)和成漿糊。
[0015] 將糊狀物涂在鉛板上或鎳板、鋁板上，最好方案是涂填在鉛板上，便于組裝（焊 接），涂填完漿糊料后，進行輥壓，壓實活性物質(zhì)后干燥，即得正極板。
[0016] 2)負極板制造：用鉛毛鋪在板柵上，添加PbS04粉末，再外層鋪一層鉛毛，即得負 極板。
[0017] 本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明將鉛酸蓄電池電解液凡504，鋰離子電池電解液易 燃的有機溶劑剔除，改用硫酸鋰水溶液，避免了對環(huán)境的污染和因碰撞、沖擊、泄漏引起的 爆炸和燃燒。大大地提高了鋰離子電池的安全性。而且硫酸鋰電解液有極好的電化學特性。
[0018] 本發(fā)明能減少制造鉛酸蓄電池耗鉛量的50%，而且比原鉛酸蓄電池提高比能量近 3倍；壽命延長2-3倍；同時用金屬負極（鉛）代替鋰離子電池安全性差的金屬鋰，對鋰離 子電池負極合金化（金屬化）是一種推進。
[0019] 下面將結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
【附圖說明】
[0020] 圖1為鉛一鋰電池原理結構示意圖，其中，10-正極，20-隔板，30-負極，40-電解 液；50-外殼；
[0021] 圖2為具體實施例鉛一鋰電池結構示意圖，其中，1-電池注液孔蓋，2-正、負極柱， 3-電池槽殼，4-電解液（水劑），5-極板（正極板涂填在鉛泊上的LiMn204，負極板為Pb/ PbS04)，6-聚乙烯隔板；
[0022] 圖3為鉛一鋰電池伏安曲線圖（掃描速度5mvs_1)。
【具體實施方式】
[0023] 參見圖2,反映本發(fā)明的一種具體結構，所述鉛-鋰雜交二次電池的制造包括如下 步驟：
[0024] 第一步極板制造：
[0025]1)正極板制造：
[0026] 配方1 :按重量比：87%LiMn204、10%乙炔黑，采用3%PVDF作為粘結劑，用N-甲 基吡咯烷酮調(diào)和成漿糊。
[0027] 配方2:按重量比：75%LiMn204、15%乙炔黑，采用1%CMC和9%PTFE作為粘結 劑，用乙醇調(diào)和成漿糊。
[0028] 將糊狀物涂在鉛板上或鎳板、鋁板上，最好方案是涂填在鉛板上，便于組裝（焊 接），本例中采用鉛板作為骨架，鉛板拋砂處理，增粗糙表面，有利活性物質(zhì)粘結，涂填完漿 糊料后，進行輥壓，壓力為lOMpa，壓實活性物質(zhì)后干燥（干燥溫度120°C、干燥時間12h)。
[0029] 2)負極板制造：用鉛毛鋪在板柵上，添加PbS04粉末，再外層鋪一層鉛毛，便成負 極板。
[0030] 第二步：配制電解液：取54. 9gLi2S04溶于1升純水中，根據(jù)需要添加活性劑 (Na2S04或其他），即水系電解液。
[0031] 第三步：槽蓋制造：可根據(jù)電池極板的尺寸和組裝極板的多少定型電池整體尺寸 后開模壓制電池槽蓋。
[0032] 第四步：組裝電池：將正、負極板加外購的聚乙烯隔板組成電池極群（焊接）入 槽，加蓋進行熱封，注入電液。即得所述鉛-鋰雜交二次電池。
[0033] 上述鉛一鋰電池電壓：參見附圖3-伏安曲線圖，從曲線分析：？匕/1^504氧化還原 反應時對應在一 0. 6~-0. 36V;LiMn204氧化還原反應時對應在0. 62~0. 86V或0. 78~ 1，也對應著Li2S0j§液中從LiMn204來的Li+的嵌層/脫層反應
[0034] 上述鉛一鋰電池的性能：電池充電最高電壓：1. 8V，比鉛酸蓄電池2. 4V低，壽命效 率（充/放電效率）100%，比鉛酸蓄電池85%高，充/放電可靠性高，循環(huán)壽命長，理論上 可達到10000次以上，Pb/PbS04的還原電位低于析氫電位，LiMn204的還原電位低于析氧電 位，原則上不析氫不析氧，這是本發(fā)明鉛一鋰電池無酸型可充式的特點。由于電池工作電壓 低，自放電很小，不可逆容量損失小，在110次循環(huán)后，電池容量衰減還小于1%。因此容量 保持性優(yōu)良，平均放電電壓為1. 3V，這是因為Li+的嵌層/脫層反應從LiMn204主體各個不 同部位進/出Li+的結果。
[0035]在1. 3V電位下電池的可逆容量128mAhg_1，放電電流為200mAg\當充/放電電流 增大從 〇? 4、0. 6、0. 8、1. 0、1. 5、2. 0 至 3. 0Ag_1 時，電池容量會減少從 117. 5、114. 6、110. 9、 108. 8、97. 5、94. 6至78. 4Ag_ 1，這主要是Pb/PbS04A低的氧化還原動力學，這是可充式鉛 酸蓄電池的關鍵所在。
[0036]根據(jù)Pb/PbS04容量 50%計算（88mAhg_1)，LiMn204(128mAhg_1)，電池的能密為 68whkg_ 1，比鉛酸電池高得多。
[0037] 由于PbS04、LiMn204兩個電極即兩個半電池都以固相形式出現(xiàn)，要比Zn(鋅Zn/ LiMn204、Zn/NaxMn02)等組合電池好得多，例如Zn會溶解，所以PbS04、LiMn204是非常搭配合 理的鉛一鋰無酸型可充式電池（ARLBS)。
[0038] 綜上，本發(fā)明在電化學理論是成立的，在實際應用上是可行的，而且吸收了鉛酸蓄 電池和鋰離子電池的各自優(yōu)點，免除了兩種電池的缺點。從實驗的樣品測試證明各項性能 指標都大大超過，達到了環(huán)保、安全、低耗、高能的要求，是一種很有發(fā)展前景的新型電池。
[0039] 本發(fā)明描述的上述實現(xiàn)方式僅是為了清楚的說明本發(fā)明的技術方案，而不能理解 為對本發(fā)明做出任何限制。本發(fā)明在本技術領域具有公知的多種替代或者變形，在不脫離 本發(fā)明實質(zhì)意義的前提下，均落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種鉛-裡雜交二次電池，該電池的外殼內(nèi)裝置電解液、正極、負極及其隔板，其特 征在于，正極采用LiMn2〇4正極，負極采用pb/pbso4負極，電解液采用裡離子系列水系電解 液，其工作原理是：2. 如權利要求1所述的一種鉛-裡雜交二次電池，其特征在于，所述電解液采用濃度為 0. 2 ~0. 5mol/L的Li2S〇4水溶液。3. 如權利要求1或2所述的一種鉛-裡雜交二次電池，其特征在于，電池極板的制造方 法是： 1) 正極板制造：配方：按重量比，87%LiMn2〇4、l〇%乙烘黑，采用3%PVDF作為粘結劑， 用N-甲基化咯燒酬調(diào)和成漿糊；將糊狀物涂在鉛板或儀板或侶板上，涂填完漿糊料后，進 行漉壓，壓實活物質(zhì)后干燥，即得正極板； 2) 負極板制造：用鉛毛鋪在板柵上，添加化S〇4粉末，再外層鋪一層鉛毛，即得負極板。4. 如權利要求3所述的一種鉛-裡雜交二次電池，其特征在于，所述正極板制造中，所 述的漉壓壓力為lOMpa，壓實活性物質(zhì)后干燥，干燥溫度120°C，干燥時間12h。5. 如權利要求1或2所述的一種鉛-裡雜交二次電池，其特征在于，電池極板的制造方 法是： 1) 正極板制造：配方：按重量比，75%LiMri2〇4、15%乙烘黑，采用1%CMC和9%PT陽作 為粘結劑，用乙醇調(diào)和成漿糊；將糊狀物涂在鉛板或儀板或侶板上，涂填完漿糊料后，進行 漉壓，壓實活性物質(zhì)后干燥，即得正極板； 2) 負極板制造：用鉛毛鋪在板柵上，添加化S〇4粉末，再外層鋪一層鉛毛，即得負極板。6. 如權利要求5所述的一種鉛-裡雜交二次電池，其特征在于，所述正極板制造中，所 述的漉壓壓力為lOMpa，壓實活性物質(zhì)后干燥，干燥溫度120°C，干燥時間12h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)保、安全、高能的鉛－鋰雜交二次電池，是由半鋰電池做正極和半鉛酸蓄電池做負極，采用水系電解液硫酸鋰結合成的新電池體系。公開了該電池的正極板、負極板制造，電解液的配制，槽蓋的定型制造和電池的組裝。本發(fā)明吸收了鉛酸蓄電池和鋰離子電池的各自優(yōu)點，免除了兩種電池存在的缺點。達到了環(huán)保、安全、低耗、高能、長壽命的要求。
【IPC分類】H01M10/38, H01M4/505, H01M4/58
【公開號】CN105006565
【申請?zhí)枴緾N201510507824
【發(fā)明人】黎福根, 李中奇, 白幫炎
【申請人】湖南豐日電源電氣股份有限公司
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年8月18日