一種鉛碳電池負(fù)極及其制備方法
【專利說明】-種鉛碳電池負(fù)極及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及一種鉛碳電池，具體設(shè)及一種鉛碳電池負(fù)極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著原油、天然氣等資源漸漸消耗殆盡，能源給國家和個人帶來的危機感越來越 突出，與此同時也大大增加了二氧化碳的排放，由于溫室氣體的排放，自1750年至今全球平 均氣溫升高了 2°C，環(huán)境污染也是本世紀(jì)面臨的重要難題。近十年我國汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展， 2009年銷量就躍居世界第一。到2014年底，我國汽車保有量已突破1億，在消耗大量不可再 生資源的同時，將產(chǎn)生大量有害氣體。在能源和環(huán)境的雙重壓力下，開發(fā)低碳電動汽車迫在 眉睫。
[0004] 電源W及其管理系統(tǒng)是實現(xiàn)電動汽車產(chǎn)業(yè)化最為關(guān)鍵的一環(huán)。目前主要集中在動 力電池的開發(fā)和研制中，要求動力電池必須具有能量密度高、輸出功率大、安全性好、壽命 較長、成本低廉。動力電池的類型很多，包括儀儒電池、儀氨電池、鉛酸電池、裡離子電池 W 及燃料電池。鉛酸電池在電動助力車和肥V電池中占有不可替代的地位。
[0005] 然而，鉛酸電池在高倍率部分荷電(HRPSoC)工況下，負(fù)極易產(chǎn)生不可逆硫酸鹽化， 造成電池過早失效。高性能低成本鉛碳電池結(jié)合了鉛酸電池和超級電容器的特點，能夠大 幅度提升傳統(tǒng)電池的性能，有效解決負(fù)極硫酸鹽化的問題，增加電池的充電接受能力，因此 在新能源汽車中具有廣闊的前景。鉛碳電池已引起美國、歐洲等國家的高度重視，在2009年 8月美國政府宣布了 "下一代電池和電動車計劃"，并計劃撥款6680萬美元用于支持企業(yè)實 施鉛碳電池和超級電池產(chǎn)業(yè)化，其中就有3430萬美元用于混合動力車鉛碳電池的研發(fā)。
[0006] 文獻(xiàn)CN104577070A公開了一種耐高溫鉛碳蓄電池負(fù)極材料及其制造工藝，其材料 由第一組分和第二組分混合攬拌而成;第一組分由W下成份按照質(zhì)量配比組成:鉛粉28~ 36〇/〇;憐酸鋼0.6~1.3%;石墨0.3~0.6%;硫酸亞錫0.2~0.4%;去離子水61.7~69.7%;第二 組分由W下成份按照質(zhì)量配比組成:PTFE5~8%;簇甲基纖維素鋼12~18%;憐酸6~10%;去 離子水64~72%。該發(fā)明提供的耐高溫鉛碳蓄電池負(fù)極材料及其制造工藝，提高了負(fù)極材料 的穩(wěn)定性，具有良好的耐高溫性能，在高溫環(huán)境下的1C放電容量和放電循環(huán)壽命均得到提 高。但其不能有效解決負(fù)極的硫酸鹽化問題。文獻(xiàn)CN103199244A公開了一種鉛酸蓄電池負(fù) 極鉛膏，包括W下重量份組分:去離子水9~11%、質(zhì)量百分比濃度50%硫酸溶液7~10%、 纖維0.06~0.09%、硫酸領(lǐng)1~3%、木質(zhì)素0.05~0.3%、聚苯胺0.5~2%，其余為鉛粉。該發(fā) 明中使用了新型導(dǎo)電劑聚苯胺，電池鉛膏中加入聚苯胺后，大幅提高電池的電導(dǎo)率，能夠降 低電池內(nèi)阻，提高活性物質(zhì)利用率，提高電池的一致性。然而，該發(fā)明所制備的電池的性能 不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生不可逆硫酸鹽化，進(jìn)而影響電池的循環(huán)壽命。文獻(xiàn)CN103811752A公開了一 種鉛碳電池負(fù)極鉛膏，其原料包括:鉛粉100份、硫酸4~100份、粘結(jié)劑0.1~8份、硫酸領(lǐng)0.^2 份、析氨抑制劑0.01~2份、氧化石墨締50~100份、乙烘黑0.05~1份、腐植酸1~4份、紅丹5~15 份、水12~21份與短纖維0.1~0.2份。該發(fā)明還公開了該負(fù)極鉛膏的制備方法W及包含該負(fù) 極鉛膏的鉛碳電池負(fù)極及其制備方法與鉛碳電池。該發(fā)明在負(fù)極鉛膏中加入了氧化石墨 締，氧化石墨締中含有較多的含氧官能團，能夠在硫酸中產(chǎn)生較多歴電容，因而可W降低負(fù) 極材料中鉛粉的使用量，同時在大電流充放電情況下能分擔(dān)鉛負(fù)極上的電流，一定程度上 減緩了蓄電池的硫酸鹽化，延長蓄電池的使用壽命。但其所制備的電池動態(tài)充電接受能力 較差，有待進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，針對鉛酸電池動態(tài)充電接受 較差和在部分荷電狀態(tài)下充放電循環(huán)中存在的壽命過短問題，提供一種鉛碳電池負(fù)極及其 制備方法。
[000引本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種鉛碳電池負(fù)極，包含W下質(zhì)量份數(shù)的組分： 硫酸 8.5~10份， 硫酸領(lǐng) 0.5~1.0份， 硫酸鉛 0.6~2.0份， 硫酸鋼 0.8~1.6份， 腐殖酸 -0.^0.3份， 挪威木質(zhì)素 0.^0.3份， 短纖維 0.^0.2份， 碳材料 0.2~0.5份， 純水 10~15份， 鉛粉 70~80份。
[0009] 優(yōu)選的，所述鉛碳電池負(fù)極還包括聚苯胺2.5~4份。 優(yōu)選的，所述硫酸的濃度為35~40wt%。
[0010] 優(yōu)選的，所述碳材料為一種炭黑材料，比表面積為50~200mVg，吸油值為100~ 200g/cm3，平均孔徑小于50nm。
[0011] 優(yōu)選的，所述炭黑材料的比表面積為120~200mVg，吸油值為150~200g/cm3,平均孔 徑小于50nm。
[0012] 優(yōu)選的，所述碳材料與聚苯胺的質(zhì)量比為1:10。
[0013] 優(yōu)選的，所述短纖維為尼龍、臘絕和涂絕中的一種或多種。
[0014] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種制備鉛碳電池負(fù)極的方法： (a) 將硫酸領(lǐng)、硫酸鉛、腐殖酸、挪威木質(zhì)素、短纖維、碳材料和聚苯胺，進(jìn)行機械預(yù)混， 預(yù)混均勻后整體分散于鉛粉中進(jìn)行干攬拌5~lOmin，得固體混合物； (b) 將硫酸鋼溶于純水中，加入至上述混合好的固體混合物中，攬拌10~20min，得濕混 合物； (C)將硫酸加入至上述混合物中，加酸過程中體系溫度控制在30~60°C之間，整個過程 持續(xù)攬拌20~30分鐘； (d) 用微量去離子水微調(diào)鉛膏視密度為4.15~4.35g/cm3,針入度為15~20 mm; (e) 將所述鉛膏涂到負(fù)極柵板上，采用中溫中濕固化工藝固化，然后在溫度為50~60°C 下干燥24~36 h。
[0015] 優(yōu)選的，所述中溫中濕固化工藝的固化時間在24~48 h，干溫度為50°C，相對濕度 90~98 〇/〇。
[0016] 本發(fā)明還提出上述鉛碳電池負(fù)極可作為電極材料應(yīng)用在電容器或電化學(xué)電池中。
[0017] 本發(fā)明的鉛碳電池的負(fù)極，將特殊碳材料引入到負(fù)極中，較大的比表面積和良好 的分散性使碳在負(fù)極中形成第二相，分散其中的硫酸鉛晶體并抑制其長大，有效降低負(fù)極 不可逆硫酸鹽化，延長蓄電池在部分荷電狀態(tài)工作條件下的使用壽命。采用聚苯胺具有儲 存電荷的能力高、對氧和水穩(wěn)定性好、電化學(xué)性能良好、密度小和有可逆的氧化還原特性等 特點，將其應(yīng)用在電極中既可作為導(dǎo)電基質(zhì)又可作為活性物質(zhì);而炭黑作為一種導(dǎo)電劑，在 電池中可W起到吸液保液的作用，加之聚苯胺優(yōu)良的電化學(xué)性能，二者發(fā)生協(xié)同作用，降低 不可逆硫酸鹽化給電池所帶來的影響。同時，本發(fā)明的鉛碳電池負(fù)極中還加入硫酸鋼、硫酸 鉛和硫酸領(lǐng)等成分提高負(fù)極的導(dǎo)電及穩(wěn)定性，所制備的鉛碳電池的電壓和性能更加穩(wěn)定。 本發(fā)明的鉛碳電池負(fù)極應(yīng)用在鉛碳電池中，電池在部分荷電狀態(tài)條件下的使用壽命長，平 均高達(dá)30000次。
[001 引
【具體實施方式】 [0019]實施例1 一種鉛碳電池負(fù)極，包含W下質(zhì)量份數(shù)的組分： 硫酸 9份， 硫酸領(lǐng) 0.7份， 硫酸鉛 1.0份， 硫酸鋼 1.2份， 腐殖酸 -0.2份， 挪威木質(zhì)素 0.2份， 尼龍 0.1份， 碳材料 0.3份， 純水 12份， 鉛粉 75份。
[0020] 其中，硫酸的濃度為38wt%;碳材料為一種炭黑材料，比表面積為120mVg，吸油值 為150g/cm3，平均孔徑小于50nm。
[0021] 按照上述配比作如下制備： (a) 將硫酸領(lǐng)、硫酸鉛、腐殖酸、挪威木質(zhì)素、短纖維、碳材料和聚苯胺，進(jìn)行機械預(yù)混， 預(yù)混均勻后整體分散于鉛粉中進(jìn)行干攬拌5~lOmin，得固體混合物； (b) 將硫酸鋼溶于純水中，加入至上述混合好的固體混合物中，攬拌10~20min，得濕混 合物； (C)將硫酸加入至上述混合物中，加酸過程中體系溫度控制在30~60°C之間，整個過程 持續(xù)攬拌20~30分鐘； (d)用微量去離子水微調(diào)鉛膏視密度為4.15~4.35g/cm3,針入度為15~20 mm; (e)將所述鉛膏涂到負(fù)極柵板上，采用中溫中濕固化工藝固化，固化時間在24~48 h，干 溫度為50°C，相對濕度90~98 %，然后在溫度為50~60°C下干燥24~36 h。
[0022] 實施例2 一種鉛碳電池負(fù)極，包含W下質(zhì)量份數(shù)的組分： 硫酸 9份， 硫酸領(lǐng) 0.7份， 硫酸鉛 1.0份， 硫酸鋼 1.2份， 腐殖酸 -0.2份， 挪威木質(zhì)素 0.2份， 尼龍 0.1份， 碳材料 0.3份， 聚苯胺 3份 純水 12份， 鉛粉 75份。
[0023] 其中，所述硫酸的濃度為38wt%;所述碳材料為一種炭黑材料，比表面積為120mV g，吸油值為150g/cm3，平均孔徑小于50皿。
[0024] 按照上述配比作如下制備： (a) 將硫酸領(lǐng)、硫酸鉛、腐殖酸、挪威木質(zhì)素、短纖維、碳材料和聚苯胺，進(jìn)行機械預(yù)混， 預(yù)混均勻后整體分散于鉛粉中進(jìn)行干攬拌5~lOmin，得固體混合物； (b) 將硫酸鋼溶于純水中，加入至上述混合好的固體混合物中，攬拌10~20min，得濕混 合物； (C)將硫酸加入至上述混合物中，加酸過程中體系溫度控制在30~60°C之間，整個過程 持續(xù)攬拌20~30分鐘； (d) 用微量去離子水微調(diào)鉛膏視密度為4