CN101320799B

CN101320799B - 铅蓄电池用阴极活性物质的组合物

Info

Publication number: CN101320799B
Application number: CN2008100052994A
Authority: CN
Inventors: 李云奎
Original assignee: Hankook Tire Co Ltd
Current assignee: Hankook Tire and Technology Co Ltd
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: CN101320799A

Abstract

本发明为一种铅蓄电池用阴极活性物质的组合物，在混合了铅(Pb)、硫酸水溶液、碳纤维(carbon fiber)、膨胀剂(expander)、纤维素(celluloseflock)的混合物中，还含有相对于铅为0.1～1重量％的比表面积1700m²/g的活性炭(activated carbon)，具有化成过程比以往容易，使铅蓄电池的容量提高的效果。

Description

铅蓄电池用阴极活性物质的组合物

技术领域

本发明涉及铅蓄电池用阴极活性物质的组合物。

背景技术

用于汽车等的铅蓄电池是可以充电和放电的二次电池。这是利用如下原理：使用硫酸(H₂SO₄)水溶液作为电解液，作为极板活性物质在阳极(+)涂布二氧化铅(PbO₂)、在阴极(-)涂布海绵状铅(Pb)，若连接外部电路，则电流流动，该阳极(+)和阴极(-)的活性物质变成硫酸铅(PbSO₄)(放电)，与此相对的是，若外部通入电流，则该硫酸铅再次变成二氧化铅(+)和海绵状铅(-)(充电)。其中，阳极和阴极是由产生电的活性物质以及支持产生的电路和活性物质的基板形成的，铅蓄电池的性能和容量取决于活性物质间的重量，基板取决于铅蓄电池的大小。

以往的铅蓄电池的活性物质，一般以铅粉(Pb)和硫酸水溶液为基础，根据阳极和阴极的特性，配合其他的添加剂，混合后制成浆(paste)状。如此制成的活性物质经过涂于基板的作业即涂布作业，根据阳极阴极的特性而经由熟化工序和干燥工序，将几片准备好的阳极板和阴极板相互重叠，在极板间设置非导电性隔离板以防止短路，构成阳极板、阴极板、以及隔离板而形成极板组。极板组根据蓄电池容量多个串联并收纳于电池槽中。上述收纳的极板组为了具有电的性质而经历化成工序，此时的阳极板的活性物质中，形成二氧化铅(PbO₂)，在特性方面，结合有无数个氧化的铅微粒，多孔性丰富且电解液逐渐自由地扩散、浸透于粒子间。并且，阴极板的活性物质是海绵状铅，也是多孔性和反应性丰富且电解液自由地扩散、浸透。

作为上述活性物质间的材料，除了铅以外，使用碳纤维、纤维素、膨胀剂(expander)等。如推测上述构成要素的作用，则碳纤维发挥增大阴极活性物质间的结合力的作用，纤维素发挥着维持活性物质内的水分和均匀极性分布的作用。膨胀剂含有木质素(Lignin)衍生物、BaSO₄(硫酸钡)、炭黑(Carbon Black)，其中，木质素衍生物强力地吸附于铅(Pb)和硫酸铅(PbSO₄)，起到增大/维持电极的表面积和多孔性的作用，BaSO₄作为硫酸铅的生成核起作用，起到增大阴极板的容量的作用，炭黑起到除去杂质以及使得阳极和阴极可用肉眼识别，并且使传导性增大的作用。

目前，作为阴极活性物质的添加剂，大多使用碳(石墨、碳纳米管、乙炔黑(acetylene black))、碳纤维(carbon fiber)、活性炭(activatedcarbon)等，主要是为了提高阴极极板的导电性和改善放电特性。为了不对铅蓄电池的性能产生大的影响，正在对这些添加剂进行持续的研究。

发明内容

本发明人经过长期研究，结果发现活性碳的比表面积对于铅蓄电池的容量影响大。根据上述研究结果，本发明的目的在于提供一种将比表面积1700m²/g的活性炭添加到铅蓄电池的活性物质中而使化成过程容易、且容量进一步提高了的铅蓄电池。

附图说明

图1是应用了本发明的组合物的化成过程的曲线图。

图2是将应用了本发明的组合物以及比表面积1200m²/g、1500m²/g的活性碳的情况进行比较后的5小时率容量的评价试验的结果图。

图3是将应用了本发明的组合物以及比表面积1200m²/g、1500m²/g的活性碳的情况进行比较后的保有容量的评价试验的结果图。

具体实施方式

本发明的特征在于，向混合了铅(Pb)、硫酸水溶液、碳纤维、膨胀剂、纤维素(cellulose flock)而形成的铅蓄电池用阴极活性物质的组合物中，进一步添加相对于铅为0.1～1.0重量％的比表面积1700m²/g的活性炭。

作为本发明所含有的上述膨胀剂，有例如木质素衍生物、BaSO₄、炭黑等，作为活性碳是将木材、褐煤、无烟煤以及椰皮等作为原料而制造的、精细加工精良发达的无定形碳的集合体，在活化工程中良好地进行分子大小程度的精细加工而使得具有大的内部表面积，一般优选使用具有1000m²/g以上的比表面积的活性碳。

对本发明而言，考虑到铅蓄电池容量的提高和经济性，最优选活性炭的比表面积为1700m²/g，其理由是比表面积为1700m²/g的活性炭的多个气孔可以使高率放电特性提高。

根据下面的实施例进一步详细地说明上述本发明。

实施例

为了进行本发明的试验，制造适用于80Ah级的铅蓄电池的极板。作为上述极板所使用的阴极活性物质，将铅10kg、碳纤维9g、膨胀剂95g、纤维素24g、与相对于铅分别为1重量％、0.5重量％、0.2重量％及0.1重量％的比表面积1700m²/g的活性炭进行混合，之后进行5分钟干燥混合，用三分钟分别投入、混合蒸馏水110g和硫酸610g，制造阴极活性物质。

将上述制造的阴极活性物质95g涂布于基板后，除去微量的水分，使其自然干燥制造阴极极板，交错层压7片阳极板和6片以PE隔离板包围的阴极板而形成极板组。在形成的极板组的阳极和阴极的空间(ラグ)部分制造COS(cast on strap)，收纳于电池槽中，由此制造未化成的单元电池。向上述未化成的单元电池中注入750g比重1.230的硫酸后，实施以25A进行4.5小时，以17.5A进行7.5小时化成的1步化成(formation)，制作2V单元电池，其化成曲线和图1所示的图相同。化成工序是将电能转化成化学能进行保存的过程，在本试验中如图1的曲线所示可知，添加0.1重量％的活性炭则化成过程最容易有效地进行。

为了确认上述单元电池的性能，评价5小时率容量、保有容量。5小时率容量的评价是以13A放电，测定达到终止电压1.75V的容量[Ah]，保有容量的评价是以25A放电，测定达到终止电压1.75的容量持续时间[sec]。5小时率容量的结果以图示于图2，保有容量的结果以图示于图3。

如5小时率容量(图2)以及保有容量(图3)的试验结果所示，通过向铅蓄电池用阴极活性物质中添加比表面积1700m²/g的活性炭，可以得到同时提高5小时率容量以及保有容量的结果。5小时率容量的情况显示除了添加了1重量％的活性炭的单元电池以外，所有的单元电池都提高了性能。保有容量的情况是所有单元电池都显示优异的性能提高，特别是添加了0.1重量％的活性炭的单元电池，在3个循环(cycle)的保有容量评价时，显示出18.1％的性能提高。并且，5小时率容量的没有任何性能提高的添加了1重量％的活性炭的单元电池保有容量也提高了。

若应用比表面积1200m²/g的活性炭，则显示5小时率容量性能反而降低了，即使添加0.5重量％，其保有容量也仅平均提高2.8％。

若应用0.5重量％的比表面积1500m²/g的活性炭，虽然可期待5小时率容量比应用比表面积1700m²/g的活性炭时稍高的效果，但是添加0.5重量％，保有容量仅平均提高了11.5％，不及添加0.1重量％的比表面积1700m²/g的活性炭时平均增加14.5％的效果。

即，添加0.1重量％的活性炭可以期待最佳的容量提高的效果。

Claims

1.一种铅蓄电池用阴极活性物质的组合物，将铅、硫酸水溶液、碳纤维、膨胀剂、纤维素混合而形成，其特征在于，所述混合物中还含有相对于铅为0.1～1.0重量％的比表面积1700m²/g的活性炭。