CN101414691A - 碳板负极板密封铅酸电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳板负极板密封铅酸电池，包括正极板和负极板，有部分负极板为碳板，所述碳板包括金属基板，金属基板上涂复有多孔碳材料和石墨类材料的混合物以及它们的复合材料；本发明是基于超级电容器界面电化学双电层的原理，在铅酸电池负极板上引入具有电化学双电层储能的碳板，在电解液/电极材料两相界面上形成的电化学双电贮存能量，具有超级电容的性能，使电池兼有电容储能的特点，具有高比功率，可快速大电流放电，同时相应地减少了电池的放电深度，延缓了负极板上形成大颗粒硫酸铅晶体积累的进程，从而延长了电池的使用寿命。

Description

碳板负极板密封铅酸电池

技术领域

本发明涉及一种碳板负极板密封铅酸电池。

背景技术

当今社会大气污染日趋严重，石油等能源资源日渐紧张，重视并大力开发研究以蓄电池为动力的能源，将是科研工作者长期面临的问题。电动自行车这种轻便快捷、无污染、使用成本低的交通工具，深受广大消费者的欢迎。铅酸电池因资源丰富、价格低廉且安全性能好等特点，是目前市场上电动自行车主要使用的动力电源。

但是，铅酸电池作为电动车的动力电源，存在体积比能量和重量比能量低；比功率低，不能快速充放电；对于电动自行车这种重负荷使用的条件，电池容易产生钝化和硫酸盐化，而使用寿命短等问题，所以提高电池的性能和循环寿命对于降低使用成本，减少原材料的使用，保护环境都有非常积极的意义。

铅酸蓄电池是低比功率产品，不能进行大电流快速充放电，在实际使用过程中，如在起动、加速、上坡、顶风等需大电流放电时，输出电压下降很大，需要3～5s才能达到最大值，影响使用和行车安全，并且这种强迫蓄电池瞬间提供大电流放电的使用情况，对电池极板特别是负极板的冲击很大。铅酸电池在重负荷使用时，容量往往受限于负极，当高电流密度放电时，短时间内负极上大量的铅离子转入电解液，此时来不及形成新的晶核，铅离子只有产生没有消耗，溶液中过饱和度较大，较之低电流密度放电，容易形成数量较多、尺寸较小的晶核，从而生成致密的硫酸铅层造成负极不同程度的稳定钝化，虽然负极板上添加的膨胀剂有去钝化的作用，但是随着电池的循环，这些膨胀剂随电池内部的氧循环过程而逐渐被氧化和降解，此时放电电流密度越大，越易产生钝化，而使负性活性物质逐渐丧失放电能力，使用寿命缩短。同时，由于电动车电源属于大电流深度充放电循环使用，作为动力电源的铅酸电池在开始放电时，最先生成小颗粒硫酸铅晶体，随着放电的深入，在形成新的小颗粒晶体的同时，原有的小晶体逐渐生长变大，由于硫酸铅在稀溶液中的溶解度较大，它的生长速度比在浓溶液中大，硫酸铅的形成需要消耗硫酸，电池中的硫酸浓度将随着放电的进行逐渐下降，放电后期，可直接生成大颗粒硫酸铅晶体，因此，电池放电深度越深，产生的大颗粒硫酸铅晶体越多。在充电时，因为大颗粒硫酸铅晶体较小颗粒硫酸铅晶体难还原，所以随着深度放电循环的进行，不能还原的大颗粒硫酸铅晶体在负极板上逐渐积累，当这种大颗粒硫酸铅晶体积累到一定程度后，负极板容量将明显下降，从而电池寿命终止。

超级电容器是近年来快速发展的新型储能器件，它具有大电流快速充放电特性，比功率是普通蓄电池的几十倍甚至几千倍。并且，循环寿命长，充放电次数可达100000次左右。但是，超级电容器作为电动车用电源存在致命的弱点，比容量较低，尽管现在的技术水平将超级电容器的比能量提高到普通电容器的100倍以上，但是与蓄电池相比，比容量依然显著较低(约为普通蓄电池的1/8～10)。

发明内容

本发明目的是：提供一种碳板负极板密封铅酸电池，它是基于超级电容器界面电化学双电层的原理，在铅酸电池负极板上引入具有电化学双电层储能的碳板，在电解液/电极材料两相界面上形成的电化学双电贮存能量，具有超级电容的性能，使电池兼有电容储能的特点，具有高比功率，可快速大电流放电，并且由于电池中电化学双电层电容储能的的贡献，使本应与负载电流相等的电池铅负极板上的电流降了下来，减少了铅极板表面的钝化现象，同时相应地减少了电池的放电深度，延缓了铅负极板上形成大颗粒硫酸铅晶体积累的进程，从而延长了电池的使用寿命。

本发明的技术方案是：一种碳板负极板密封铅酸电池，包括正极板和负极板，有部分负极板为碳板，所述碳板包括金属基板，金属基板上涂复有多孔碳材料和石墨类材料的混合物以及它们的复合材料。

上述技术方案中，所述金属基板可以用铅、铜、铝箔(网)、泡沫金属、泡沫碳制成，并且表面可镀铅。

所述多孔碳材料采用能形成界面双电层储能的碳材料，如活性碳粉末或活性碳纤维或中孔碳或纳米碳管，其电化学电容大于100F/g。

本发明的优点是：

1.本发明使电池兼有电容储能功率大的性能，在车辆起动、加速、上坡时可快速大电流放电，提高了行车的安全性。

2.当负载瞬间需要大电流时，由于超级电容响应的时间快，首先由具有超级电容性能的碳板提供大部分电流，电池负极板上的放电电流绶慢增加，避免了负极板受到大电流的冲击，减少了钝化的产生。

3.由于电容储能负担了本应由电池储能提供的负载电流的一部分，因而负极板的放电深度降低，减缓了难还原性硫酸铅在极板上的积累进程，进而可延长电池的使用寿命。

4.当车辆刹车、减速、下坡、停车等负荷减载时，电池部分自动为电容极片充电，并储存起来，下次使用，这种补充过程是自动过程，由电池极片和电容极片电压谁高谁低来决是否补充，母线电压不会突变。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的极板结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为图2的A—A剖面图。

其中：1正极板；2负极板；21碳板；3隔膜。

具体实施方式

实施例：如图1、图2、图3所示，一种碳板负极板密封铅酸电池，包括正极板1和负极板2，有部分负极板2为碳板21，所述碳板21包括金属基板，金属基板上涂复有多孔碳材料和石墨类材料的混合物以及它们的复合材料；所述碳板21包括金属基板，金属基板上涂复有多孔碳材料和石墨类材料的混合物以及它们的复合材料；所述金属基板可以用铅、铜、铝箔(网)、泡沫金属、泡沫碳制成，并且表面可镀铅；所述多孔碳材料采用能形成界面双电层储能的碳材料，如活性碳粉末或活性碳纤维或中孔碳或纳米碳管，其电化学电容大于100F/g。

实施中，碳板21可以采用商业化的比表面积达1500m2/g的活性碳，经活化处理后，与乙炔黑、分散剂，粘结剂等按一定比例混合制成碳膏，再用机械的方法将其压制在表面镀铅的金属基板上制成。

本发明是基于超级电容器界面电化学双电层的原理，在铅酸电池负极板上引入具有电化学双电层储能的碳板，在电解液/电极材料两相界面上形成的电化学双电贮存能量，具有超级电容的性能，使电池兼有电容储能的特点，具有高比功率，可快速大电流放电，并且由于电池中电化学双电层电容储能的的贡献，使本应与负载电流相等的电池负极板上的电流降了下来，减少了极板表面的钝化现象，同时相应地减少了电池的放电深度，延缓了负极板上形成大颗粒硫酸铅晶体积累的进程，从而延长了电池的使用寿命。

Claims (3)

1.一种碳板负极板密封铅酸电池，包括正极板(1)和负极板(2)，其特征在于：有部分负极板(2)为碳板(21)，所述碳板(21)包括金属基板，金属基板上涂复有多孔碳材料和石墨类材料的混合物以及它们的复合材料。

2.根据权利要求1所述的碳板负极板密封铅酸电池，其特征在于：所述金属基板用铅或铜或铝材料制成，并且表面镀铅。

3.根据权利要求1所述的碳板负极板密封铅酸电池，其特征在于：所述多孔碳材料采用能形成界面双电层储能的碳材料，如活性碳粉末或活性碳纤维或中孔碳或纳米碳管，其电化学电容大于100F/g。

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